Как сделать гэс своими руками: Как самому сделать мини-ГЭС?

Содержание

Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

Всегда хотел получить электричество из ручья, протекающего по периметру моего дома. Около трех лет назад я установил временную турбину, чтобы проверить, будет ли работоспособным турбинное колесо большего размера.

Демо-версия этого колеса была сделана из старых подставок для абразивных кругов и деревянных паллет в качестве лопастей.

В качестве генератора я использовал старую ленту постоянного тока из приводного двигателя Ametec. Чтобы приготовить все полностью, я использовал мини-мотоцепь и звездочки с 70 и 9 зубцами (для вращения колеса и на двигателе). Стоимость всех предметов вылилась примерно в 30 фунтов стерлингов.

Максимально оно генерировало 25 Вт и проработало где-то в течение года, главным образом из-за ограничений двигателя Ametec и размера колеса, и подтолкнуло меня к созданию турбины большего размера.

В первую очередь мне нужно было запрудить воду ручья, так, чтобы уровень воды был примерно мне по грудь. Не дожидаясь конца лета, я, с помощью водооткачивающего насоса отвел воду, сделал запруду из цемента.

Колеса турбины мне изготовили местные строительные компании из прочного многослойного материала, используемого для создания обшивки и настила в судостроении, толщиной в 13 мм. Из этого же материала я сделал и лопасти. В завершение я покрыл диски и лопасти специальным водоотталкивающим составом, чтобы продлить их жизнь.

Основу для турбины я соорудил из дубовых поленьев. Дуб оказался очень жестким, пришлось повозиться, пока я прикреплял поленья болтами к каменной раме. Пришлось сверлить отверстия, а для этого приходилось привязывать турбину, чтобы уравновесить ее и подогнать все размеры и затянуть болты.

Следующим шагом после установки колеса было решение вопроса с приводом и генератором.

Первоначально я использовал привод производства Minimoto, но затем маленькая цепь из-за интервала между зубьями начала соскальзывать, и я решил приобрести цепи с шагом 3/8 и звездочки у поставщика подшипников. Генератор поставил Windblue Power Permanent Magnet Generator (PMG). Он способен вырабатывать 12 В на 150 об./мин. Его часто используют в качестве переделанного автомобильного генератора. Обычный генератор выдает 12 В лишь при 3000 оборотах. Этот двигатель я заказал в США за 135 фунтов стерлингов, включая расходы на почтовую пересылку.

Колесо крутилось слишком медленно, и мне пришлось делать под запрудой ступенчатый поддон, на котором вода собиралась в узкое жерло и с большей силой лилась на лопасти.

Кроме того я прикрутил стальным тросом сечением в 1 см основные рейки каркаса, а там, где была возможность, укрепил базу с помощью анкерных болтов длиной в 1 фут, чтобы уберечь устройство от поломки, если вдруг плотину прорвет или будет сильный порыв ветра.

На турбине установлены аккумуляторы 4x55AH Brand New. С их помощью я постоянно подзаряжаю ноутбук. Также я купил два военных тяговых свинцовых аккумулятора 2х110Аh Hawker для освещения гаража и дома. Подача напряжения на два разных по типу аккумулятора идет с разных проводов.

Примерно год я эксплуатирую эту систему. Выходная мощность — 50 Вт, на пике выдает до 500 Вт. Пару раз турбина останавливалась из-за спада воды, а также из-за перекрытия основного потока во время наводнений. А так – круглый год работает.

Перевод: Ярослав Николаевич

Соорудить мини-ГЭС своими руками под силу каждому

«Зеленые» всего мира все чаще и все более активно протестуют против разработки новых месторождений нефти, газа, угля, а также массового использования двигателей внутреннего сгорания во всем мире, которые и приносят самые сильные загрязнения нашей среды обитания. Знаменитости из мира моды, театра, кино, призывают жить экономнее в плане расхода электроэнергии. Они устанавливают на крышах своих особняков солнечные батареи, ветровые генераторы (как актёр Леонардо Ди Каприо, например).

Все больше простых людей также понимают, что и от их поведения что-то может зависеть, и если хотя бы один человек найдет альтернативу двигателю внутреннего сгорания, то тогда мир станет чуточку чище. Поэтому в деревнях, поселках и в нашей стране, там, где есть падающая или бегущая вода, некий бассейн с водой на возвышенности, есть возможность сделать мини ГЭС своими руками и, тем самым, помочь и себе и ее Величеству Природе. Это ведь альтернатива бензиновому или дизельному генератору, который все равно работает на топливе и дает едкий выхлоп в окружающую среду.

А если не один человек, не одно домохозяйство решило найти альтернативный путь получения электроэнергии? Если целый поселок, деревня, аул? Тут уже нагрузка на Природу уменьшится значительно. Да и в кармане у потребителя останется больше денег на домашние нужды, ибо электричество от мини ГЭС, созданной руками и умом энтузиастов выходит примерно раза в три дешевле, чем покупать его от штатных производителей (ТЭЦ, Атомные станции, промышленные ГЭС).

В поисках нужной воды

Недавно я увидел небольшое видео, где показывалось, как в обычной индийской деревне студенты одного из западных колледжей решили сделать мини ГЭС. Электричества в той глуши нет, молодые люди бегут в города, а что произойдёт, если дать жителям свет? Реки как таковой в деревне нет, зато есть водоем. Природная чаша с огромным количеством воды расположена немного выше уровня деревни. Что придумали студенты?

Они своими умными головами сообразили, что раз нет здесь течения от Природы, его можно создать! Руками нанятых рабочих была смонтирована крытая длинная труба диаметром с метр, и один конец ее замкнулся на водоем, а другой — внизу, уходил в небольшую и тихоходную речку. За счет перепада высоты вода из водоема по трубе устремлялась вниз, разгоняясь все больше, и на выходе уже создавался довольно мощный поток, который упирался в лопасти мини ГЭС. Труба, в которую заключили воду водоема, сбегает вниз по склону холма настолько живописно, что кажется, будто огромный питон медленно ползет сверху вниз и своими размерами вселяет ужас в местных жителей. Его хочется потрогать руками, пощупать, почувствовать его мощь.

Если нечто подобное создают в индийской деревушке, то почему не попробовать сделать то же самое в российской? Если рядом нет быстротечной реки, но есть водоем, то и тут возможно строительство мини ГЭС. Нужно просто смотреть рельеф местности, но понятно одно: водоём — пусть он будет природный, или искусственный — должен быть расположен выше, нежели место, где будет установлена гидроэлектростанция. Если разница высот значительная – еще лучше! Поток воды будет бежать сильнее сверху вниз, а значит, возрастет возможная мощность получаемой электроэнергии.

Необязательно покупать дорогие трубы для организации искусственного водного течения. Можно своими руками сделать некий желоб, и пусть пока по нему разгоняется вода из водоема. Для начала лучше вообще взять любые подручные средства, старые трубы пусть и небольшого диаметра пока, и соорудить пробный вариант слива воды из водоема, что расположен выше. Так можно будет измерить скорость потока (как это сделать я уже писал ранее). Если же под боком течет река с быстрым течением, то тогда и не надо строить ни плотин, ни желобов, ни создавать поток воды искусственно. Мини ГЭС в форме гирлянды, пропеллера, ротора Дардье или водяного колеса могут быть установлены в таких местах без особых проблем.

Важно будет защитить сооружение. Как? Впереди мини ГЭС следует установить защитный экран из сетки, или рассеиватель, чтобы плывущие по реке обломки деревьев, а то и целые бревнышки, а также живая и мертвая рыба, всякого рода мусор не попадали на лопасти турбины, а проплывали мимо.

Простейшая мини гидроэлектростанция станция своими руками

Создать собственную мини-ГЭС своими руками способен почти каждый. Примеры? Многие туристы для получения освещения в условиях похода используют обыкновенный велосипед, на котором и передвигаются. На любое колесо велосипеда они устанавливают между спицами перемычки из кусков, скажем, тонкого железа и сначала руками, а затем плоскогубцами заводят края листа за спицу, тем самым фиксируя перемычку. Длина перемычки должна соответствовать половине диаметра колеса, то есть перекрывать расстояние от обода до втулки. По сути, она должна быть равна длине спицы. Оптимальным будет установить четыре таких перемычки по типу сторон света: Север, Юг, Запад, Восток. Далее потребуется обычный велогенератор и фонарик подключенный к нему.

Пора выбираться в поход. На ночлег нужно остановиться у реки. Ну и пусть, что комары закусают! Зато получится сделать видео вечеринки, наделать фотографий у костра. Это же очень живописно! Вода в реке должна иметь заметное течение и тогда наша походная мини гидроэлектростанция будет работать. «Да будет свет!» — сказал монтер и сделал замыкание. Нет, это не про нас.

«Да будет свет!» — сказал турист и опустил колесо с перемычками из железа на треть в воду бегущей реки. Сам велосипед ставится на небольшую подставку, или подвешивается за дерево или колышек на берегу так, чтобы колесо на треть было погружено в поток. Вода давит на перемычки, крутит колесо, генератор преобразует энергию воды в ток и мини-фонарик освещает место стоянки.

Нет риска, что батарейки попались бракованные, как в случае применения обычного фонаря, нет риска, что они «сядут», их не надо брать собой в поход в большом количестве. Течение реки никуда не исчезнет. Туристы, чаще всего, предпочитают останавливаться в проверенных местах. Так что, единожды получив электрический ток посредством минивело-ГЭС на месте ночлега, они будут помнить это место и постараются коротать темное время суток именно здесь.

Трудности согласования

Однако, зажечь одну свечу, образно говоря, это одно, а вот зажечь тысячи, дать людям свет, как то сделал Прометей, это совсем иное дело. Компактная гидроэлектростанция как источник электричества своим появлением в обыденном применении может нарушить устоявшуюся картину и состояние дел.

Крупнейшие монополии привыкли, что именно они производят электроэнергию для малых поселений, сбытовые дочерние структуры привыкли получать деньги за доставку товара – КВт\час потребителю. Куда в эту схему вписать мини — ГЭС? Да еще не подконтрольную монополистам? Сразу скажу, что согласовать такой проект с местными властями в России будет непросто, как впрочем, и всякое иное новое дело. Но результат стоит затраченных усилий.

В целом под компактной (мини) гидроэлектростанцией подразумевается такая станция, что выдает мощность до 100 квт. Народные умельцы, работая руками и головой, могут достаточно легко соорудить сию полезную штуку у себя в поселке или деревне, даже в частном домовладении. Но только если имеются соответствующие природные условия и желание что-то создать НОВОЕ, сэкономить денег, то есть в будущем меньше платить за электричество.

Если вы посмотрите видео, или фото некоторых мини- ГЭС, то увидите, что подчас они выглядят весьма странно. Но ведь для современников Леонардо Да Винчи его махолеты с огромными крыльями тоже казались по меньшей мере странными, а своими дерзкими опытами и идеями великий итальянец и вовсе наводил ужас на многих людей своего времени. Ну и что? Людей тех мы не помним. А чертежи и творения Леонардо будут жить в веках. Стройте мини-ГЭС своими руками, экспериментируйте, дерзайте! Природа и потомки скажут вам лишь «Спасибо»!

Михаил Берсенев

В Таджикистане тоже есть умельцы, не хуже индийских:

Самодельная мини гэс. Микро ГЭС своими руками из Металла и Дерева

Гидроэлектростанции используют силу воды для получения электрической энергии. Самостоятельно изготовленные станции решают проблему удаленности от централизованных электросетей или помогают сэкономить на электричестве.

Преимущества и недостатки ГЭС

Гидроэлектростанции обладают следующими преимуществами перед другими видами альтернативных источников энергии:

Не зависят от погоды и времени суток (в отличие от ). Это позволяет вырабатывать большее количество энергии с предсказуемой скоростью.
Мощность источника (реки или ручья) можно регулировать. Для этого достаточно заузить русло плотиной либо обеспечить перепад высот воды.
Гидроустановки не издают никакого шума (в отличие от ).
Для многих типов станций небольшой мощности не требуется никаких разрешений на установку.

К минусам самодельных ГЭС относится невозможность работать в мороз. Кроме того, водная среда является агрессивной, поэтому детали станции должны быть водостойкими и прочными.

При проектировании мини-ГЭС для использования в качестве альтернативного источника энергии для собственного дома решающими должны быть следующие факторы:

Близость реки к дому. Устанавливать самодельную станцию в удалении от дома не стоит. Чем дальше установка, тем ниже ее эффективность, потому что часть энергии будет потеряна при передаче. Кроме того, так сложнее уберечь вашу ГЭС от кражи или порчи.
Достаточная скорость течения или возможность его увеличения. Мощность станции увеличивается в геометрической прогрессии при увеличении скорости воды.

Узнать скорость несложно. Бросьте кусочек пенопласта или теннисный шарик в воду и засеките время, за которое он проплывет определенную дистанцию. Затем разделите метры на секунды и вы узнаете скорость. Минимально достаточная скорость воды для самодельной ГЭС — 1 м/с.

Если скорость течения вашей реки или ручья ниже этого значения, то ее усилит маленькая плотина либо сужающаяся труба. Но эти варианты могут вызвать дополнительные трудности. Строительство плотины требует разрешения от властей, а также согласия соседей.

Мини-гидроэлектростанция своими руками

Конструкция ГЭС достаточно сложная, поэтому самостоятельно удастся построить лишь небольшую станцию, которая позволит сэкономить на электричестве или обеспечит энергией скромное хозяйство. Ниже приведены два примера реализации самодельной ГЭС.

Как сделать мини-ГЭС из велосипеда

Этот вариант ГЭС идеален для велопоходов. Он компактный и легкий, но сможет обеспечить энергией небольшой лагерь, разбитый на берегу ручья или реки. Полученного электричества хватит на вечернее освещение и зарядку мобильных устройств.

Для монтажа станции понадобится:

Переднее колесо от велосипеда.
Велогенератор, который используется для питания велосипедных фонарей.
Самодельные лопасти. Их вырезают заранее из листового алюминия. Ширина лопастей должна быть от двух до четырех сантиметров, а длина — от втулки колеса до его обода. Лопастей может быть любое количество, располагать их нужно на одинаковом расстоянии друг от друга.

Чтобы запустить подобную станцию, достаточно погрузить колесо в воду. Глубина погружения определяется экспериментально, примерно от трети до половины колеса.

Для постройки более мощной станции для постоянного использования понадобятся более прочные материалы. Лучше всего подойдут металлические и пластиковые элементы, которые легче защитить от воздействия водной среды. Но годятся и деревянные детали, если пропитать их специальным раствором и покрасить водостойкой краской.

Для станции необходимы следующие элементы:

Стальной барабан от кабеля (2,2 метра в диаметре). Из него изготавливается ротор-колесо. Для этого барабан разрезается на части и сваривается заново на расстоянии в 30 сантиметров. Из остатков барабана делают лопасти (18 штук). Их приваривают к радиусу под углом в 45 градусов. Для поддержки всей конструкции из уголков или труб изготавливают раму. Колесо вращается на подшипниках.
На колесо устанавливается цепной редуктор (коэффициент передачи должен равняться четырем). Чтобы легче свести оси привода и генератора, а также снизить вибрацию, вращение передается через кардан от старого автомобиля.
Для генератора подходит асинхронный двигатель. К нему следует добавить еще один шестеренчатый редуктор с коэффициентом около 40. Тогда для трехфазного генератора с 3000 оборотами в секунду при общем коэффициенте редуцирования 160 количество оборотов снизится до 20 оборотов в минуту.
Поместите всю электрику в водонепроницаемую емкость.

Описанные исходные материалы легко найти на свалке или у знакомых. За резку стального барабана болгаркой и за сварку можно заплатить специалистам (или же сделать все самостоятельно). В итоге ГЭС мощностью до 5 кВт обойдется в незначительную сумму.

Получить электричество из воды не так и сложно. Труднее выстроить автономную систему электроснабжения на основе самодельной ГЭС, поддерживать станцию в рабочем состоянии и обеспечивать безопасность людей и животных вокруг нее.

Экология потребления.Наука и техника:Создаваемые своими руками домашние гидрогенераторы по мощности сравнимы с солнечными батареями и ветряками, но производят гораздо больший объем электроэнергии.

Поскольку тарифы на электроэнергию в последнее время начали расти, все большую актуальность среди населения приобретают возобновляемые источники электроэнергии, позволяющие получать электричество практически бесплатно. Среди известных человечеству подобных источников стоит выделить солнечные батареи, ветрогенераторы, а также домашние гидроэлектростанции. Но последние являются достаточно сложными, ведь работать им приходится в очень агрессивных условиях. Хотя это вовсе не говорит, что мини-ГЭС своими руками соорудить невозможно.

Чтобы сделать все правильно и качественно, главное – подобрать правильные материалы. Они должны обеспечивать максимальную долговечность работы станции. Создаваемые своими руками домашние гидрогенераторы, мощность которых сравнима с аналогичной у солнечных батарей и ветряков, могут производить гораздо больший объем энергии. Но хотя от материалов и зависит многое, на них все не заканчивается.

РАЗНОВИДНОСТИ МИНИ-ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Существует большое количество разнообразных вариаций мини-ГЭС, каждая из которых имеет свои преимущества, особенности и недостатки. Выделяют следующие виды этих устройств:

гирляндную;
пропеллерную;
ротор Дарье;
водяное колесо с лопастями.

Гирляндная ГЭС состоит из троса, на котором закреплены роторы. Такой трос перетягивают через реку и погружают в воду. Поток воды в реке начинает вращать роторы, которые в свою очередь крутят трос, на одном конце которого расположен подшипник, а на втором – генератор.

Следующий вид – это водяное колесо с лопастями. Его устанавливают перпендикулярно водной глади, погружая меньше чем наполовину. Поскольку поток воды воздействует на колесо, оно вращается, и заставляет крутиться генератор для мини-ГЭС, на котором закреплено это колесо.

Что касается пропеллерной ГЭС, то представляет она собой ветряк, расположенный под водой с вертикальным ротором. Ширина лопастей у такого ветряка не превышает 2 сантиметров. Подобной ширины для воды хватает, ведь именно такой номинал позволяет производить максимальное количество электроэнергии при минимальном сопротивлении. Правда, эта ширина оптимальна только для скорости потока до 2 метров в секунду.

Что касается других условий, то параметры лопастей ротора рассчитывают отдельно. А ротор Дарье является вертикально расположенным ротором, действует который по принципу перепада давления. Все происходит аналогично с крылом самолета, на который воздействует подъемная сила.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Если рассматривать гирляндную ГЭС, то у нее имеется ряд очевидных недочетов. Во-первых, длинный трос, используемый в конструкции, представляет опасность для окружающих. Также большую опасность представляют скрытые под водой роторы. Ну а вдобавок, стоит отметить низкие показатели КПД и большую материалоемкость.

Что касается недостатков ротора Дарье, то чтобы устройство начало вырабатывать электроэнергию, его нужно предварительно раскрутить. Правда, при этом отбор мощности производится прямо над водой, так что как бы ни изменился поток воды, генератор будет вырабатывать электричество.

Все вышеперечисленное является факторами, которые делают более популярными гидротурбину для мини-ГЭС и водяные колеса. Если рассматривать ручное сооружение подобных устройств, то они не так уж и сложны. А в добавок, при минимальных затратах такие мини-ГЭС способны выдавать максимальные показатели КПД. Так что критерии популярности очевидны.

С ЧЕГО НАЧИНАТЬ СТРОИТЕЛЬСТВО

Возведение мини-ГЭС своими руками стоит начинать с измерения скоростных показателей течения рек. Это делается очень просто: достаточно отметить вверх по течению расстояние в 10 метров, взять в руки секундомер, бросить щепку в воду, и засечь время, за которое она пройдет отмеренную дистанцию.

В конечном итоге, если 10 метров разделить на количество затраченных секунд, получится скорость реки в метрах в секунду. Стоит учитывать, что нет толку сооружать мини-ГЭС в местах, в которых скорость потока не превышает 1 м/с.

Если нужно разобраться, как делают мини-ГЭС в местности, где небольшая скорость реки, то можно попытаться добиться увеличения потока путем организации перепада высот. Сделать это можно через установку сливной трубы в водоем. При этом диаметр трубы будет непосредственно влиять на скорость потока воды. Чем меньше будет диаметр, тем быстрее будет течение.

Подобный подход позволяет организовать мини-ГЭС даже в том случае, если возле дома будет проходить небольшой ручеек. То есть на нем организовывается разборная плотина, ниже которой производится монтаж непосредственно мини-гидроэлектростанции для питания дома и бытовых приборов. опубликовано

Меня всегда привлекало получение бесплатной энергии из природных ресурсов. И как-то у меня зародилась идея сделать простую мини электростанцию, которая бы вырабатывала электричество из проходящего мимо водяного ручья.

Все началось с идеи использовать барабан старой стиральной машины в качестве водяного колеса – миниатюрной самодельной гидроэлектростанции.

К барабану с помощью металлических уголков были прикреплены прямые лопасти из влагостойкой фанеры.

Крутящий момент с водяного колеса передается за счет ремня на велосипедную динамо-машину (генератор постоянного тока). Выработанная электроэнергия поступает на светодиод. Достаточно рукой слегка прокрутить колесо, и светодиод начнет мигать.

Основа всей конструкции – велосипедная рама.

Два подшипника позволяют водяному колесу свободно крутится.

Первые испытания на маленькой речке показали, что водяное колесо на раме установлено слишком высоко, что не дает потоку воды его нормально раскручивать.
После небольших изменений в конструкции рамы колесо стало располагаться ниже и скорость вращения резко возросла. Как результат, начала вращаться динамо-машина и светодиод на 4,5 В загорелся.

Вот так из старого хлама получилась самодельная гидроэлектростанция.
Далее мини ГЭС в сборе была установлена на небольшой ручей.

Вырабатывает она всего несколько вольт, но их достаточно для свечения светодиода.

Это был неплохой эксперимент для начала.

Дальнейшее усовершенствование в проекте

Дальнейшее усовершенствование водяного колеса должны затронуть:

Построить мини-дамбу для увеличения напора воды. При этом полностью речку не планируется перегораживать, чтобы рыба могла уходить во втором потоке.
Под дамбой установить трубу, по которой вода будет поступать на самодельную турбину. В трубе устроить кожух из транспортерной резиновой ленты. Перекрыв поток воды через трубу можно провести обслуживание механизмов.
По расчетам, турбина будет выдавать мощность примерно в два раза больше, чем водяное колесо. Кроме того, замена водяного колеса на турбину должна снять проблему замерзания в зимнее время.
Поток воды будет раскручивать турбину, передавая крутящий момент генератору. Держаться турбина будет на двух подшипниках, изготовленных из массива дерева. При регулярном смазывании они прослужат долго. Упорная шайба будет удерживать механизм от бокового смещения.
Изготовить металлические лопатки, рассчитав угол, под которым их нужно загнуть (от этого параметра зависит мощность гидроэлектростанции). Лопатки прикрутить нужно будет с использованием резиновых прокладок, чтобы избежать их отрыва.
Для передачи крутящего момента использовать собранный из труб вал.
Установить генератор. На генератор поставить шкив меньшего размера, чем установленный на валу. Это позволит повысить обороты, что необходимо для эффективной работы генератора.

Генератор должен выдавать порядка 600 Вт электроэнергии. Это даст возможность подключать бытовую технику. Если следующий этап эксперимента завершится удачно, можно будет подумать о дальнейшей модернизации с тем, чтобы вырабатывать несколько киловатт электроэнергии.

История гидроэнергетики берет начало от простого водяного колеса, которое нашим предкам пришло в голову установить на порогах реки. Сначала его использовали для мельницы, тем самым облегчив работу жерновов. Позднее люди научились использовать силу воды для самых разных нужд – изготовления бумаги, распиловки бревен, в кузнечном деле и даже для пивоварения. Венцом творения был электрогенератор, который удалось подключить к турбине. Так появились ГЭС, принцип которых используют сегодня и для домашних изобретений, в том числе и в сегодняшней самоделке.
Ее автору удалось собрать ее буквально из старой стиралки, слегка модернизировав и грамотно использовав ресурсы ближайшей речки на его загородном участке. Он утверждает, что живет уже несколько лет без подключения к электрическим сетям, и не платит за электричество ни копейки. Мощности от гидрогенератора хватает чтобы снабдить электричеством не только все электроприборы в доме, но и потянуть работу мастерской с электроинструментами. Как такое возможно? Давайте посмотрим вместе.

Принцип работы гидроэлектрогенератора

В данной домашней разработке используется родной корпус стиральной машины. Двигатель перемонтируется в режим генератора, и помещается обратно на свое посадочное место. Колесо Пелтона применяется как движущая турбина, аккумулирующая потоки воды, и передающая кинетическую энергию генератору. Переменный 3-х фазный ток, получаемый на выходе генератора, пропускается через выпрямитель из трех диодных мостов. Постоянный ток подается на зарядку аккумуляторов через контроллер, а от них на инвертор 12V/220V, снова получая переменную частотность.

Материалы, инструменты

Материалы:

Старая стиральная машина с инверторным двигателем;
Колесо Пелтона;
Небольшой отрезок тента;
Фанера;
Оргстекло или плексиглас;
Силикон;
Гидроизоляция для пластика — краска или мастика;
Саморезы, гайки, шайбы, болты и наждачная бумага.

Инструмент:

Дрель с корончатой фрезой, сверлами и насадкой под саморезы;
Сабельная пила или электролобзик;
Ручной инструмент: гаечные ключи, плоскогубцы, малярный нож и пистолет для силикона.

Собираем гидроэлектрогенератор

Подготовительные демонтажные работы
Для начала необходимо разобрать стиральную машинку, оставив лишь нужные нам детали.

Машинка вертикального типа, поэтому снимаем торцевую крышку с лицевой стороны и демонтируем электронную панель контроля режимов стирки.

Вытаскиваем внешний барабан и демонтируем насос и лишние шланги подводки воды.

Маховик для стирки нам не нужен, как в прочем и внутренняя стальная емкость для белья.

Все что должно остаться – это внешний пластиковый барабан и двигатель на валу.

Как мы можем убедиться, перемонтированный инверторный двигатель уже выдает электричество при вращении вала.

Теперь необходимо разобрать двигатель, оставив на корпусе только вал с подшипниками.

Изготовление гидротурбины

Герметизировать наш вал поможет резиновая прокладка, вырезанная из старой камеры. Делаем в ней отверстие посередине, и насаживаем плотно на стержне вала.

Небольшое колесо Пелтона будет осуществлять забор воды. Этому изобретению почти полторы сотни лет, а оно все не теряет актуальности и применяется даже на некоторых ГЭС. Его необходимо закрепить на валу так, чтобы оно могло свободно двигаться и не касалось корпуса.

Размечаем под него отверстие в корпусе для подачи воды, и сверлим его корончатой фрезой.

Лобзиком или сабельной пилой делаем сливное отверстие в форме прямоугольника, и закрываем его на саморезы отрезком водонепронецаемого тента. Должно получиться вот так (фото).

Далее нужно изготовить заглушку для бака нашей гидротурбины. Делаем ее из куска влагостойкой фанеры, выпиливая лобзиком окружность, равную внутреннему диаметру барабана. В самой заглушке делаем смотровое отверстие для контроля работы агрегата. Которое затем будет закрыто оргстеклом.

Обмазываем торец фанеры силиконом, и насаживаем ее внутрь. Закрепляем ее с помощью саморезов через корпус турбины.

Вырезаем из прорезиненного материала прокладку для оргстекла, и приклеиваем ее на силикон к фанере.

Засверливаем четыре отверстия по сторонам прямоугольника окошка, и с внутренней стороны помещаем в них прижимные болты. На них и будем закреплять оргстекло, чтобы оно было съемным на случай непредвиденных поломок.

Герметизируем стык нашей заглушки с корпусом силиконом.

Для защиты электрической части агрегата, автор установил дополнительный кожух из пластика на край турбины с помощью саморезов. Сам пластиковый корпус прокрасил краской чтобы защитить пластик от растрескивания.

Настала очередь собрать двигатель, установить его на агрегате. Крепим на посадочные болты статор.

Для получения постоянного тока для зарядки аккумуляторов закрепляем планку из трех диодных мостов, по каждому на фазу.

Накрываем двигатель крышкой ротора, и затыкаем лишние сливные отверстия для шлангов, оставшиеся в корпусе.

Установка и подключение

Наш гидрогенератор практически готов. Остается закрепить его на рамочном каркасе из сваренных уголков, и приспособить с помощью гидрантов подачу воды. Выходную мощность генератора можно регулировать силой напора, или диаметром отверстия сопла крана, подающего воду непосредственно в саму турбину. Направленный слив также обеспечит возврат воды без вреда для реки.

Следующим шагом после установки колеса было решение вопроса с приводом и генератором.

Перевод: Ярослав Николаевич

Мини-ГЭС своими руками — Своими руками

Приветствую всех любителей помастерить, предлагаю к рассмотрению инструкцию по изготовлению небольшой гидроэлектростанции. Генератор автор изготовил из трансформаторов от микроволновки, а в качестве ротора приспособил готовый ротор от мопеда. Конечно, сколько такой генератор вырабатывает энергии, остается под вопросом, но смотрится самоделка интересно. Автор также сам вырыл канаву, по которой течет ручей и даже построил мини-плотину из кирпича. Если самоделка вас заинтересовала, предлагаю изучить ее более детально!

Материалы и инструменты, которые использовал автор:

Список материалов:
— 4 трансформатора от микроволновки;
— звездочки и цепь от велосипеда;
— профильные трубы;
— листовая сталь;
— ротор от мопеда;
— подшипники;
— мощные магниты.

Список инструментов:
— сварочный аппарат;
— болгарка;
— рулетка, маркер.

Процесс изготовления самоделки:

Шаг первый. Подготовка трансформаторов
В качестве обмоток генератора автор решил использовать уже готовые – от микроволновки. Автор при помощи болгарки разрезал магнитопровод, как именно, видно на фото. Тут важно не повредить обмотку в процессе работ.

Шаг второй. Установка ротора
Ротор автор использовал готовый, от мопеда или скутера. Под ротор была найдена ось и подшипники. Подшипники можно просто приварить к листу стали, а можно сделать под них обойму из куска трубы.
Далее останется приварить к ротору звездочку от велосипеда небольшого размера, по задумке автора, цепная передача будет повышать обороты, идущие от гидротурбины.

Шаг третий. Обмотки и магниты
Чтобы могло генерироваться напряжение, на ротор нужно установить мощные магниты. Лучше всего их потом залить в цельную конструкцию при помощи эпоксидной смолы.
Далее автор сделал замеры и приварил обрезанные трансформаторы к основе с минимальным зазором между ротором. Вот и все, генератор готов, обмотки автор соединил последовательно для максимального напряжения.

Шаг четвертый. Турбина и ведущая ось
В качестве ведущей оси можно приспособить ступицу от велосипеда. К одной стороне крепится ведущая звездочка, она больших размеров для получения максимальных оборотов ротора. А к другой стороне оси крепится турбина.
Турбину автор сделал из куска трубы и листовой стали.

Шаг пятый. Плотина и испытания
Автор прокопал канаву, по которой будет течь вода от ручья. На ручье была организована плотина из кирпича с отверстием для трубы.
Вытекающая вода заходит под углом в ведро и закручивается там в воронку, как итог, эта воронка приводит во вращение турбину.

Вот и все, ротор вращает, свободная энергия вырабатывается. Для демонстрации автор зажег лампочку и включил комнатные вентиляторы.
На этом проект завершен, надеюсь, вам самоделка понравилась, и вы нашли для себя полезные мысли. Удачи и творческих вдохновений, если решите повторить подобное. Не забывайте делиться с нами своими идеями и самоделками!

Источник

гирляндная гэс своими руками

Гирляндная гэс своими руками

05/03/2021· Гирляндная Мини ГЭС своими руками Авторизация на сайте Самодельная Тросовая Гирляндная мини ГЭС – отличное решение для получения доступной и недорогой электроэнергии, если с местом вашего проживания есть29/11/2010· Гирляндная ГЭС своими руками конструкция и принцип работы 29 ноября 2010 kovboy 49 339 просмотров ×Гирляндная ГЭС своими руками конструкция и29/11/2010· Более подробную информацию по проектированию и строительству гирляндой мини ГЭС своими руками Вы можете узнать из книги: БС Блинова «Гирляндная ГЭС» Еще 2 конструкции гирляндной ГЭС описаноГирляндная Мини ГЭС своими руками » ПолезныеГирляндная ГЭС своими руками Гидроэлектростанция состоит из лёгких турбинГирляндная ГЭС своими руками — belrruГирляндная ГЭС своими руками » Полезные самоделки Гирляндная ГЭС своими рукамами В качестве примера описанных микрогэс может служить станция, установленная на 1,5 км ниже гКак сделать мини гэс своими руками чертеж и

Гирляндная Мини ГЭС своими руками — pallcareru

Гирляндная ГЭС своими руками Гидроэлектростанция состоит из лёгких турбинЧтобы сделать своими руками миниГЭС, нужно подготовить сварочный аппарат, болгарку, дрель и набор вспомогательных инструментов – молоток, отвертку, линейку Из материалов понадобятсяАвтономная минигидроэлектростанция (ГЭС) своими04/07/2018· 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 генераторомКак сделать мини ГЭС своими руками — чертеж и видеоДве из таких, приемлемых для постройки своими силами гидроэлектростанции: Микро ГЭСМини ГЭС своими руками » Полезные самоделки —Гирляндная ГЭС своими руками Гидроэлектростанция состоит из лёгких турбинГирляндная ГЭС своими руками — belrru

Гирляндная Мини ГЭС своими руками — pallcareru

Гирляндная ГЭС своими руками Гидроэлектростанция состоит из лёгких турбинЧтобы сделать своими руками миниГЭС, нужно подготовить сварочный аппарат, болгарку, дрель и набор вспомогательных инструментов – молоток, отвертку, линейку Из материалов понадобятсяАвтономная минигидроэлектростанция (ГЭС) своими руками29/04/2021· Мини ГЭС своими руками Промышленные аналоги Промышленные аналоги В последнее время, изза роста тарифов на электроэнергию, все более актуальными становятся возобновляемые источники практически бесплатной энергииАвтономная минигидроэлектростанция (ГЭС) своими рукамиДля электроснабжения малых деревень подойдет гирляндная миниГЭС конструкции ВБлинова, представляющая не что иное, как цепочку бочкообразных роторов Савониуса диаметром 300400 мм, закреплённых на гибком тросе, протя�Мини ГЭС своими рукамиГирляндная ГЭС своими руками » Полезные самоделки Гирляндная ГЭС своими рукамами При скорости вращения 500 об/мин и скорости течении реки 1,5 м/сек длина гирлянды должна быть равна 3 мгирляндная гэс своими руками

Как сделать мини ГЭС своими руками — чертеж и видео

04/07/2018· 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 генератором09/02/2021· Как сделать мини гидроэлектростанцию своими руками Содержание 1 Как сделать миниГидроэлектростанция (ГЭС) своими руками (схемы и чертежиДве из таких, приемлемых для постройки своими силами гидроэлектростанции: Микро ГЭСМини ГЭС своими руками » Полезные самоделки — своими29/07/2020· ᐉ Бесплатная энергия из ручья Мини ГЭС своими руками Минигидроэлектростанция дляБесплатная энергия из ручья Мини ГЭС своими руками ecoГирляндная ГЭС своими руками Гидроэлектростанция состоит из лёгких турбинГирляндная ГЭС своими руками — belrru

Мини ГЭС своими руками

Для электроснабжения малых деревень подойдет гирляндная миниГЭС конструкции ВБлинова, представляющая не что иное, как цепочку бочкообразных роторов Савониуса диаметром 300400 мм, закреплённых на гибком тросе, протя�Гирляндная ГЭС своими руками » Полезные самоделки Гирляндная ГЭС своими рукамами При скорости вращения 500 об/мин и скорости течении реки 1,5 м/сек длина гирлянды должна быть равна 3 мгирляндная гэс своими руками03/10/2012· Красота, просто и элегантно Ломаться практически нечему, даже если какое то г по реке плывет,она сыграет вниз и все Если всетаки сломается что то можно на коленке отремонтироватьФорум выживальщиков Гирляндная ГЭС своими руками04/07/2018· 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 генераторомКак сделать мини ГЭС своими руками — чертеж и видеоГирляндная ГЭС своими руками Питание сельских радиоузлов малой мощности, освещение школБлинов Гирляндная Гэс prikazci

Как сделать своими руками гэс

13/03/2021· Мы расскажем вам о том, как сделать своими руками те или иные прикольные штучки для дома и семьи Как сделать ; Своими руками; Предложить статью; Как сделать своими руками гэс Опубликовано 13 марта, 2021 Содержание ГидроВозведение миниГЭС своими руками стоит начинать с измерения скоростных показателей течения рек Это делается очень просто: достаточно отметить вверх по течению расстояние в 10 метров, взять в руки секундомер, броситКакой генератор использовать для самодельной гэс29/07/2020· ᐉ Бесплатная энергия из ручья Мини ГЭС своими руками Минигидроэлектростанция дляБесплатная энергия из ручья Мини ГЭС своими руками eco3 Бесплатное электричество — мини ГЭС своими руками Если у Вашего жилища протекает река или даже небольшой ручей, то с помощью самодельной мини ГЭС Вы можете получить бесплатную электроэнергиюБесплатное электричество — мини ГЭС своими руками |

Самодельная гидроэлектростанция — мини ГЭС своими руками

Предлагаем провести эксперимент по созданию альтернативного источника энергии — мини гидроэлектростанции для частного дома.

Построим гидрогенератор своими руками в миниатюре с использованием труб ПВХ, стандартных фитингов и недорогих деталей.

Даже не думайте строить вертолет, работающий от данного двигателя, летать он у вас все равно не сможет: мощности не хватит.

Колесо турбины миниГЭС. Прежде чем начать конструирование самодельной гидростанции своими руками, вспомним некоторые законы физики.

Закон сохранения энергии гласит: энергия не возникает из ничего и ни исчезает в никуда, а может только преобразовываться из одной формы в другую. При преобразовании энергии, часть ее теряется.
Статическое давление жидкости зависит только от силы тяжести столба жидкости.

Для того, чтобы вал нашего двигателя начал вращаться, мы должны подать напор воды на лопасти турбинного колеса. Для создания напора воды, используем трубу диаметром 50 мм и длиной 1,5 м.

На рисунках представлена работа нашей установки.

Шаг 1: Поток воды

Разберемся, как взаимодействуют поток воды и колесо. Струи воды по касательной попадают на край колеса – так получается максимальная мощность вращения.

На фото видно, что напор воды из короткой трубы более сильный, чем из длинной, поэтому систему нужно будет настраивать.

Шаг 2: Собираем устройство

Основание, на котором будет крепиться гидросооружение, не является уникальным. Каркас можно сделать из различных доступных материалов. Главное – зафиксировать в определенном положении напорную трубу и турбинное колесо.

Напорная труба заполняется водой при заткнутых соплах.

Всю нашу конструкцию желательно установить в какой-либо поддон, чтобы вода не разливалась по полу.

Шаг 3: Сантехника

Чтобы производительность мини ГЭС не падала с уменьшением высоты водяного столба, мы должны поддерживать уровень в трубе постоянным, т.е. нужно предусмотреть постоянный долив воды.

Рассчитаем диаметр сопел. Наша 50-миллиметровая напорная труба соединена с тройником диаметром условного прохода 40 мм, свободные выводы которого через переходники 40*25 мм соединяются с уголками-отводами 25*15 мм, 90 град. Мы можем использовать в качестве сопел медные трубки с внутренним диаметром 15 мм, присоединенные посредством гаек к отводам.

Медную трубку, при необходимости, можно изгибать, а ее концы — сплющивать так, чтобы струя воды точнее направлялась на лопасти колеса и максимально на них воздействовала.

Соединения труб не имеют жесткого сопряжения (кроме места соединения медных трубок с отводами из ПВХ) и позволяют регулировать направление струй воды.

Мини-ГЭС своими руками | Новгородский строитель

Чуть раньше в статье о возможности обустройства автономного жилья уже шла речь о компактных частных гидростанциях. Понятно, что сделать такую станцию можно только при наличии рядом реки или хотя бы крупного ручья, то есть проточной воды. Давайте разберемся с возможными конструкциями и способами повысить энергоэффективность частной ГЭС.

Один из самых простых как в изготовлении, так и в эксплуатации (но не самый эффективный, к сожалению) вариант — водяное колесо. Такую конструкцию использовали очень давно, не превращая механическую энергию в электрическую. По сути дела, это был один из первых двигателей постоянного действия.

По сути это сдвоенное колесо, два обода которого насажены на длинную ось. Между ободьями закреплены под определенным углом лопасти. Вода, падая сверху на лопасти (как показано на фото выше) или толкая их снизу, вращает колесо. Вращение передается на ось. Далее полученное вращательное движение можно использовать либо для работы любого другого механизма, либо превратить в электроэнергию.

Разное направление потока требует разного положения и изгиба лопастей колеса

Виды водяных колес

Ниже приведен чертеж достаточно простого водяного колеса. Оно предназначено скорее для декоративной мельницы, чем для реальной работы, однако небольшие скорости потока вполне выдержит — следовательно, может давать энергию.

Чертеж нижнебойного водяного колеса из дерева

Реализованная модель водяного колеса с отбором мощности

Для того, чтобы преобразовать механическую энергию вращения колеса в электроэнергию, потребуется генератор, причем низкооборотистый высокомоментный. Можно поставить между валом и генератором редуктор, чтобы повысить обороты, однако при этом упадет КПД конструкции, и так не очень высокий.

Считается, что достаточной мощности и скорости потока можно получить 2…3 кВт*час. Однако со скоростью потока на равнинных реках и ручьях сразу же возникают вопросы. Уточнить скорость несложно: достаточно бросить в воду ветку или другой плавучий предмет и засечь время, за которое он проплывает 10 м. Далее делим 10 м на количество секунд. Если скорость выходит менее 1 м/с — толку будет мало. Ориентировочно скорость потока 1 м/с дает 0,14 кВт*час, 2 м/с — 0,55 кВт*час, а 4 м/с — уже 2,2 кВт*час. Цифры, разумеется, очень приблизительные, поскольку КПД сильно зависит также от конструкции и размеров водяного колеса.

Ускорить поток можно. Для этого есть несколько вариантов:

сделать плотину. Это удобно на небольшом ручье. Поток воды направляется в сравнительно узкое отверстие, возрастает скорость и мощность;

Вариант для крупной ГЭС, однако на ручье эту схему организовать даже проще

искусственно сузить русло. То же самое, но берега придется основательно укрепить — вода будет постоянно размывать их;
организовать перепад высот;

Подача воды идет из накопительного резервуара — например, из выше расположенного пруда или озера

сделать отвод от основного русла. Этот способ подходит для крупных ручьев, рек. При этом не обязательно делать прямой отвод. Приложив больше усилий и устроив завиток-воронку, можно получить значительно больше энергии.

Отвод с повышением скорости течения

Подземный отвод или вывод из плотины

Отвод-воронка

Последний вариант наиболее эффективен, причем для небольших количеств энергии достаточно небольших объемов участка-воронки. Колесо, естественно, располагают так, чтобы ось была вертикальной.

Большая установка

Ее микро-копия

Аналогично ставят водяное колесо в узких желобах, хотя можно разместить ось и горизонтально.

Если отвод выполнен в виде трубы, удобнее использовать верхнебойное колесо (вода падает на лопасти сверху).

Отвод воды в трубе

Стоит отметить, что у водяных колес есть ряд существенных проблем:

малая эффективность при низкой скорости потока;
необходимость обеспечивать свободное вращение оси — при постоянном уровне влажности (брызги, капли воды) обычные шариковые или роликовые подшипники на валу не слишком удобны;
и самое главное — в холодное время года, когда река/водоем замерзают, ГЭС останавливается…

Уважаемые читатели! Наверняка многие из Вас задумывались о конструкции таких микро-ГЭС или имеют опыт их обустройства и эксплуатации. Пожалуйста, поделитесь своими соображениями о том, насколько они эффективны и целесообразны!

Гидроэлектроэнергия Водопользование

• Школа водных наук ГЛАВНАЯ • Темы водопользования •

Плотина Чодьер отводит воду из реки Оттава, Канада.

Кредит: Викимедиа

На протяжении всей истории люди использовали движущуюся воду для помощи в работе, а современные люди широко используют движущуюся воду для производства электроэнергии. Несомненно, пещерный Джек прикрепил к шесту несколько крепких листьев и бросил их в движущийся поток.Вода вращала шест, который измельчал зерно, чтобы приготовить восхитительные обезжиренные доисторические кексы с отрубями. На протяжении многих веков энергия воды использовалась для работы мельниц, перемалывающих зерно в муку. На протяжении всей истории люди использовали движущуюся воду для помощи в работе, а современные люди широко используют движущуюся воду для производства электроэнергии.

Гидроэнергетика для нации

Хотя большая часть энергии в Соединенных Штатах производится на ископаемом топливе и атомными электростанциями, гидроэлектроэнергия по-прежнему важна для нации.В настоящее время огромных электрогенераторов размещены внутри плотин . Вода, протекающая через плотины, вращает лопатки турбин (сделанные из металла вместо листьев), которые соединены с генераторами. Электроэнергия производится и отправляется в дома и на предприятия.

Мировое распределение гидроэнергетики

Гидроэнергетика — самый важный и широко используемый возобновляемый источник энергии.
Гидроэнергетика составляет около 17% (Международное энергетическое агентство) от общего производства электроэнергии.
Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии, за ним следуют Канада, Бразилия и США (Источник: Управление энергетической информации).
Примерно две трети экономически обоснованного потенциала еще предстоит освоить. Неиспользованные гидроресурсы по-прежнему в изобилии в Латинской Америке, Центральной Африке, Индии и Китае.

Производство электроэнергии с использованием гидроэлектроэнергии имеет некоторые преимущества перед другими методами производства энергии .Сделаем быстрое сравнение:

Преимущества гидроэнергетики

Топливо не сжигается, поэтому загрязнение минимально
Вода для работы электростанции предоставляется бесплатно по своей природе
Гидроэнергетика играет важную роль в сокращении выбросов парниковых газов
Сравнительно низкие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание
Технология надежная и проверенная временем
Возобновляемый — дождь обновляет воду в резервуаре , поэтому топливо почти всегда есть

Прочтите расширенный список преимуществ гидроэнергетики на конференции Top World Conference on Sustainable Development, Йоханнесбург, Южная Африка (2002)

Недостатки электростанций, использующих уголь, нефть и газовое топливо

Они используют ценные и ограниченные природные ресурсы
Они могут производить много загрязнений
Компании должны выкопать землю или бурить скважины, чтобы добыть уголь, нефть и газ
Для атомных электростанций существуют проблемы с удалением отходов

Гидроэнергетика не идеальна и имеет некоторые недостатки

Высокие инвестиционные затраты
Зависит от гидрологии ( осадков, )
В некоторых случаях затопление земель и мест обитания диких животных
В некоторых случаях потеря или изменение местообитаний рыб
Захват рыбы или ограничение прохода
В отдельных случаях изменения в водохранилище и потоке Качество воды
В отдельных случаях перемещение местного населения

Гидроэнергетика и окружающая среда

Гидроэнергетика не загрязняет окружающую среду, но оказывает воздействие на окружающую среду

Гидроэнергетика не загрязняет воду и воздух.Однако гидроэнергетические объекты могут иметь большое воздействие на окружающую среду, изменяя окружающую среду и влияя на землепользование, дома и естественную среду обитания в районе плотины.

Большинство гидроэлектростанций имеют плотину и водохранилище. Эти структуры могут препятствовать миграции рыб и влиять на их популяции. Эксплуатация гидроэлектростанции может также изменить температуру воды и сток реки. Эти изменения могут нанести вред местным растениям и животным в реке и на суше.Водохранилища могут покрывать дома людей, важные природные территории, сельскохозяйственные угодья и места археологических раскопок. Таким образом, строительство плотин может потребовать переселения людей. Метан, сильный парниковый газ, также может образовываться в некоторых резервуарах и выбрасываться в атмосферу . (Источник: EPA Energy Kids)

Строительство водохранилища в США «иссякает»

Гоша, гидроэлектроэнергия звучит здорово — так почему бы нам не использовать ее для производства всей нашей энергии? В основном потому, что вам нужно много воды и много земли, где вы можете построить плотину и резервуар , что все требует ОЧЕНЬ много денег, времени и строительства.Фактически, большинство хороших мест для размещения гидроэлектростанций уже занято. В начале века гидроэлектростанции обеспечивали немногим менее половины электроэнергии страны, но сегодня это число снизилось примерно до 10 процентов. Тенденцией на будущее, вероятно, будет строительство малых гидроэлектростанций, которые могут вырабатывать электроэнергию для одного сообщества.

Как видно из этого графика, строительство поверхностных водохранилищ в последние годы значительно замедлилось. В середине 20 века, когда урбанизация происходила быстрыми темпами, было построено множество водохранилищ, чтобы удовлетворить растущий спрос людей на воду и электроэнергию.Примерно с 1980 года темпы строительства водохранилищ значительно замедлились.

Типовая гидроэлектростанция

Гидроэнергия вырабатывается падающей водой. Способность производить эту энергию зависит как от имеющегося потока, так и от высоты, с которой он падает. Накапливаясь за высокой плотиной, вода аккумулирует потенциальную энергию. Это превращается в механическую энергию, когда вода устремляется вниз по шлюзу и ударяется о вращающиеся лопасти турбины.Вращение турбины вращает электромагниты, которые генерируют ток в неподвижных катушках проволоки. Наконец, ток пропускается через трансформатор, где напряжение увеличивается для передачи на большие расстояния по линиям электропередачи. (Источник:

)

Падающая вода производит гидроэлектроэнергию. Теория состоит в том, чтобы построить плотину на большой реке с большим перепадом высоты (в Канзасе или Флориде не так много гидроэлектростанций).Плотина хранит много воды за собой в водохранилище. У подножия стены дамбы находится водозабор. Гравитация заставляет его проваливаться через напорный водовод внутри дамбы. В конце напорного трубопровода находится пропеллер турбины, который вращается движущейся водой. Вал турбины идет вверх в генератор, который производит мощность. К генератору подключены линии электропередач, по которым электричество доставляется в ваш дом и в мой. Вода проходит мимо гребного винта по отводу в реку мимо плотины.

Производство гидроэлектроэнергии в США и в мире

На этой диаграмме показано производство гидроэлектроэнергии в 2012 году в ведущих странах мира, производящих гидроэлектроэнергию. В последнее десятилетие Китай построил крупные гидроэлектростанции и сейчас занимает лидирующие позиции в мире по использованию гидроэлектроэнергии. Но с севера на юг и с востока на запад страны всего мира используют гидроэлектроэнергию — главные составляющие — это большая река и перепад высот (конечно, вместе с деньгами).

Электроэнергия вашего дома водой — мероприятие

(0 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 9 (9-11)

Требуемое время: 3 часа

(Проведение как углубленный дизайн-проект с тремя классами.)

Расходные материалы на группу: 2,00 доллара США

Размер группы: 3

Зависимость действий: Нет

Тематические области: Земля и космос, Физические науки, физика, наука и технологии

Ожидаемые характеристики NGSS:

Резюме

Студенты узнают, как инженеры проектируют устройства, использующие воду для выработки электроэнергии, путем создания моделей водяных турбин и измерения результирующего тока, вырабатываемого в двигателе.Команды студентов работают в процессе инженерного проектирования, чтобы построить турбины, проанализировать производительность своих турбин и произвести расчеты, чтобы определить наиболее подходящие места для строительства плотин. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

На протяжении всего времени люди использовали энергию падающей и текущей воды для производства электроэнергии — от водяных колес, используемых для измельчения зерна, до современных плотин гидроэлектростанций и городов-источников энергии.Инженеры разрабатывают многие из этих технологий. В некоторых регионах вода является надежным, чистым и недорогим возобновляемым источником энергии, подходящим для замены электростанций, работающих на ископаемом топливе. Сегодня инженеры-строители, инженеры-механики, экологи и электрики работают вместе, чтобы использовать энергию воды и вырабатывать электричество из этого ресурса.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

Спроектировать, построить и испытать модель ветряной турбины.
Опишите, как водяные турбины преобразуют энергию воды в электричество.
Перечислите несколько преимуществ и недостатков использования гидроэлектроэнергии.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).
Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов Achievement Standards Network (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).
В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .
NGSS: научные стандарты нового поколения — наука
Ожидаемые характеристики NGSS
HS-PS3-3.Спроектируйте, создайте и доработайте устройство, которое работает с заданными ограничениями для преобразования одной формы энергии в другую. (9–12 классы)
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Щелкните здесь, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Сквозные концепции
Разработайте, оцените и / или доработайте решение сложной реальной проблемы, основываясь на научных знаниях, источниках доказательств, созданных студентами, приоритезированных критериях и компромиссных решениях.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!
В макроскопическом масштабе энергия проявляется множеством способов, таких как движение, звук, свет и тепловая энергия.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!
Хотя энергия не может быть уничтожена, ее можно преобразовать в менее полезные формы — например, в тепловую энергию в окружающей среде.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!
Критерии и ограничения также включают удовлетворение любых требований, установленных обществом, таких как учет вопросов снижения риска, и они должны быть количественно определены, насколько это возможно, и сформулированы таким образом, чтобы можно было определить, соответствует ли им данный проект.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!
Энергия не может быть создана или уничтожена — она только перемещается между одним местом и другим местом, между объектами и / или полями или между системами.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!
Современная цивилизация зависит от основных технологических систем. Инженеры постоянно модифицируют эти технологические системы, применяя научные знания и методы инженерного проектирования для увеличения выгод при одновременном снижении затрат и рисков.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!
Общие основные государственные стандарты — математика
Решите простые рациональные и радикальные уравнения с одной переменной и приведите примеры, показывающие, как могут возникнуть посторонние решения.(Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Используйте единицы как способ понять проблемы и направить решение многоэтапных проблем; последовательно выбирать и интерпретировать единицы в формулах; выбрать и интерпретировать масштаб и начало координат на графиках и дисплеях данных.(Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Решите квадратные уравнения путем осмотра (например,g., для x² = 49), извлечение квадратного корня, завершение вычисления квадрата, квадратная формула и факторизация в соответствии с исходной формой уравнения. Определите, когда квадратная формула дает комплексные решения, и запишите их как a ± bi для действительных чисел a и b. (Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Перегруппируйте формулы, чтобы выделить интересующее количество, используя те же рассуждения, что и при решении уравнений.(Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Решите линейные уравнения и неравенства с одной переменной, включая уравнения с коэффициентами, представленными буквами.(Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
Прототип — это рабочая модель, используемая для проверки концепции проекта путем проведения реальных наблюдений и необходимых корректировок.(Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Энергетические ресурсы могут быть возобновляемыми или невозобновляемыми.(Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
ГОСТ
Колорадо — математика
Колорадо — наука
Разработать, передать и обосновать научно обоснованное объяснение потенциальной и кинетической природы механической энергии. (Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Используйте соответствующие измерения, уравнения и графики для сбора, анализа и интерпретации данных о количестве энергии в системе или объекте. (Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Предложите выравнивание, не указанное выше
Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?
Список материалов
Каждой группе необходимо:
цилиндрический деревянный брусок размером не менее 1 дюйма (2.54 см) в диаметре и около 8 дюймов (20 см) в длину
Рабочий лист водяной турбины
Пример цифрового мультиметра. Авторское право
Copyright © 2005 André Karwath, Wikimedia Commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Digital_Multimeter_Aka.jpg
На долю всего класса:
1 или 2 мультиметра или вольтметра
2 двухжильных щупа с зажимом типа «крокодил»
1-2 моторы постоянного тока для хобби (доступны в RadioShack [рекомендуемые номера деталей: 273-223, 273-047 или 273-106] или в магазинах для хобби; убедитесь, что на валу нет шестерни)
дрель
Сверло
размером, равным диаметру вала хобби-мотора
два деревянных блока 2 x 4, каждый примерно 5 дюймов (12.7 см) длинная
Два гвоздя или шурупа 2,5 дюйма (6,35 см)
молоток или отвертка
Один кусок ПВХ-трубы диаметром 3-5 дюймов (7,6-12,7 см) с внутренним диаметром, немного превышающим диаметр цилиндрических деревянных блоков, используемых для строительства турбины.
различные материалы, из которых могут быть изготовлены лопасти турбины, такие как учетные карточки, пластиковые бутылки, бумажные или пластиковые стаканчики, картон, ДСП, толстый картон для плакатов, пенопласт, тонкие стержни для дюбелей, бамбуковые шпажки и т. Д.
ножницы
клей
прочная лента, например изолента или упаковочная лента
вода
кувшин, пластиковые бутылки или чашки для хранения и наливания воды (чем больше, тем лучше)
Рабочие листы и приложения
Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_housing_lesson04_activity1], чтобы распечатать или загрузить.
Больше подобной учебной программы
Не в сети
Студенты изучают и обсуждают преимущества и недостатки возобновляемых и невозобновляемых источников энергии.Они также узнают об электросети нашей страны и о том, что значит быть «вне сети» для жилого дома.
По ней текла река
Студенты узнают, как вода используется для производства электроэнергии. Они исследуют преобразование потенциальной энергии воды в кинетическую при практических занятиях с падающей водой и водяными колесами.Во время занятий они проводят измерения, вычисляют средние значения и графики результатов.
Чистая энергия: гидроэнергетика
Генерация гидроэлектроэнергии представлена студентам как общая цель и выгода от строительства плотин. Благодаря введению в кинетическую и потенциальную энергию студенты понимают, как плотина создает электричество.
Энергия США
Этот урок дает студентам обзор электроэнергетической отрасли в Соединенных Штатах. Студенты также узнают о воздействии на окружающую среду, связанном с различными источниками энергии.
Предварительные знания
Базовое понимание концепций кинетической и потенциальной энергии, работы и мощности.Чтобы заполнить рабочий лист, умение решать основные алгебраические уравнения.
Введение / Мотивация
Плотина Гувера, Невада, США. Авторское право
Copyright © Pixabay.com 2018. https://pixabay.com/photos/hoover-dam-colorado-river-nevada-3780254/
Кто из вас когда-либо видел плотину Гувера в Неваде или видел изображение плотины Гувера? Одна из причин строительства плотины Гувера заключалась в том, чтобы не допустить попадания ила и отложений в реку Колорадо.Кто-нибудь знает, какую еще роль играет плотина Гувера? Верно; это еще и силовая установка. Плотина Гувера преобразует энергию движущейся воды реки Колорадо в электричество. Гидроэлектростанции есть по всему миру. Когда в 1935 году строительство плотины Гувера было завершено, это была крупнейшая в мире электростанция, вырабатывающая электроэнергию. В настоящее время это только 58 ^-я самая большая гидроэлектростанция в мире. Инженеры продолжают вносить значительные улучшения в конструкцию плотин, чтобы использовать силу воды.
Гидроэлектростанции, такие как плотина Гувера, вырабатывают электричество из воды, протекающей через плотину. Как только вода достигает турбин плотины Гувера, она движется со скоростью около 38 метров в секунду (85 миль в час). Учитывая, что весь поток реки Колорадо проходит через плотину Гувера, этот поток содержит много кинетической энергии. Вода получает кинетической энергии из-за перепада высоты от резервуара к выпускному отверстию. Это падение высоты преобразует потенциальную энергию воды в кинетическую энергию.Разница в высоте воды известна как напор .
Пример закона сохранения массы: удерживая большим пальцем воду, текущую из шланга, проталкивает воду через меньшее отверстие, ускоряя поток. Copyright
Copyright © Pikist.com 2020. https: //www.pikist .com / free-photo-viwpg
Вода также ускоряется за счет протекания потока через меньшее отверстие, аналогично тому, как вы кладете палец на кран или шланг.Вы уменьшаете площадь потока воды, и чтобы компенсировать уменьшение площади, вода течет быстрее (в соответствии с законом сохранения массы ). Объединив два эффекта, сужая поперечное сечение, через которое протекает вода, и увеличивая передачу энергии от потенциальной до кинетической, инженеры спроектировали плотину Гувера для выработки максимальной мощности 2080 мегаватт.
Плотины, такие как плотина Гувера, также могут контролировать свою мощность.Когда спрос высок, производятся корректировки, чтобы больше воды протекало и производилось больше электроэнергии. Гидроэлектроэнергия не всегда вырабатывается так же, как плотина Гувера. В некоторых гидроэлектрических технологиях для выработки электроэнергии используется только напор между водохранилищем и выпускным отверстием. Вместо плотины другие гидроэлектростанции просто используют небольшой канал для направления речной воды через турбину. Третьи станции перекачивают воду только через трубу, а затем через турбины, используя поток реки для выработки электроэнергии.
Принцип работы турбины довольно прост. Вода ударяется о лопасти турбины и раскручивает турбину, которая соединена валом с генератором . Вал вращает генератор, заставляя его производить ток. Вырабатываемая электроэнергия направляется по линиям электропередач энергосистемы туда, где она необходима. Не вся энергия воды переходит в электрическую; во время передачи часть энергии теряется из-за трения между валом и генератором, а также между водой и лопастями.Даже в этом случае многие турбины работают с КПД выше 90%.
В настоящее время во всем мире используются несколько различных типов турбин. У каждого из них есть преимущества и недостатки, связанные с величиной напора и расходом воды. Инженеры должны проанализировать все, что касается плотины, реки и образовавшегося водохранилища, чтобы определить лучший тип турбины для использования.
Пример турбины. Обратите внимание на формы лезвия. Copyright
Copyright © Pikist.com 2020. https: // www.pikist.com/free-photo-idehr
Традиционно для выработки электроэнергии на электростанциях использовался уголь. Почему община может захотеть использовать воду вместо угля в качестве источника энергии и электричества для своих зданий? Уголь является примером невозобновляемого источника энергии или источника энергии, который естественным образом не восполняется за короткий промежуток времени. Однако вода — это возобновляемый источник энергии. Круговорот воды на Земле обеспечивает заполнение рек и озер. Вода также является более чистым способом производства электричества, поскольку во время процесса не выбрасываются в атмосферу загрязняющие вещества и углекислый газ.При сжигании угля в воздух выбрасываются многочисленные загрязнители, влияющие на здоровье людей и окружающую среду. Один из способов, которым инженеры помогают нам увеличить использование возобновляемых источников энергии, — это проектирование и строительство плотин гидроэлектростанций.
Плотина Гувера — пример огромной гидроэлектростанции, которая вырабатывает огромное количество электроэнергии для национальной энергосистемы. Но гидроэлектроэнергия также является жизнеспособным возобновляемым ресурсом в меньших масштабах; это то, что используют некоторые люди, когда они живут в отдаленных районах возле круглогодичных ручьев.Размышляя о проектировании энергоэффективного дома, использование энергии воды — это один из способов выработки электроэнергии вне сети и повышения эффективности конструкции нашего жилья. Сегодня мы собираемся разработать и проанализировать модели водяных турбин и то, как их можно использовать для выработки электроэнергии для энергоэффективных домов.
Процедура
Фон
Для плотин, которые вырабатывают энергию за счет разницы в высоте воды, расчет мощности мощности может быть произведен за несколько математических шагов.Начните с определения энергии системы. Если вам известен напор воды (или разница в высоте воды), то потенциальная энергия воды в резервуаре равна:
, где PE — потенциальная энергия, m — масса воды, g — ускорение свободного падения (9,8 м / с ²), h — напор воды. Эта потенциальная энергия может быть преобразована в кинетическую энергию с помощью следующего уравнения:
где v — скорость воды.Поскольку энергия никогда не может быть создана или потеряна (закон сохранения энергии ), потенциальная энергия равна кинетической энергии системы. Используйте кинетическую энергию, чтобы определить скорость воды, протекающей через турбины.
Мощность, вырабатываемая плотиной, зависит от расхода воды. Расход воды — это просто объем во времени (наиболее распространенные единицы: м ³ / с). Самый простой способ рассчитать расход воды — это сначала вычислить или определить скорость воды.Скорость воды, умноженная на площадь поперечного сечения, через которую она протекает, дает вам расход Q.
Массовый расход воды — это просто масса воды во времени или кг / с. Используйте следующее уравнение для расчета массового расхода:
, где Q — расход, а ρ — плотность воды (1000 кг / м ³). (Примечание: любая переменная с точкой просто означает, что переменная изменяется во времени. Таким образом, ṁ [массовый расход] — это просто масса, деленная на время.) Мощность, генерируемая этой текущей водой, тогда просто:
Перед мероприятием
За несколько дней до мероприятия попросите учащихся собрать и принести из дома различные пластиковые бутылки, картон и другие материалы, из которых можно сделать лопатки турбины.
Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа гидротурбины, по одной на группу.
Просверлите отверстие на одном конце каждого цилиндрического деревянного бруска, диаметр которого равен диаметру вала электродвигателя хобби.Поместите отверстие как можно ближе к точному центру дерева.
Соберите устройство (а) для испытания турбины, используя деревянные бруски, гвозди или винты, трубу из ПВХ, двигатель постоянного тока, изоленту и провода с зажимом типа «крокодил», как показано ниже. Прибейте или прикрутите два деревянных бруска. Приклейте ПВХ-трубу и двигатель к основанию из деревянного блока. Подключите двигатель к мультиметру. Авторское право
Copyright © 2009 Джейкоб Кросби, Программа ITL, Университет Колорадо в Боулдере
В этом упражнении каждая группа создает турбину на своих цилиндрических деревянных блоках, а затем по очереди размещает свои турбины на устройстве (ах) для испытания турбин класса для измерения напряжения.
Со студентами
Разделите класс на группы по три ученика в каждой.
Раздайте рабочие листы и деревянные бруски.
В ходе обсуждения в классе сформулируйте задачу, которую ученики пытаются решить, проектируя водяные турбины; это должно включать, как вырабатывать электричество для дома с использованием возобновляемых источников энергии.
В группах предложите учащимся обсудить, как они могли бы спроектировать свои водяные турбины. Возможные вопросы для рассмотрения: Сколько лезвий? Как их разложить? Из какого материала делать лезвия? Какая форма для лезвий? Попросите учащихся записать все свои идеи мозгового штурма на своих рабочих листах.
Из обзора результатов своих мозговых штурмов попросите каждую группу согласовать одну конструкцию для своей модели турбины. Предложите им нарисовать свои рисунки на листах и объясните, почему они выбрали этот дизайн.
Затем попросите каждую группу использовать доступные материалы для создания прототипа своей турбины на основе проекта. Примечание. Поскольку двигатель будет помещен непосредственно в цилиндрический деревянный брусок, убедитесь, что учащиеся прикрепляют лопасти турбины к концу, противоположному отверстию, просверленному в деревянном бруске; это предотвращает падение двигателя прямо на пути воды во время тестирования.Вид спереди и сбоку на установку для занятий с мотором для хобби и мультиметром, подключенным к деревянному блоку одной команды и прототипу водяной турбины. Авторское право
Авторские права © 2009 Джейсон Кросби, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере
Когда группа завершит строительство своей турбины, попросите команду выйти на улицу или над большой раковиной, чтобы проверить, насколько хорошо она работает.
Для тестирования попросите группу продеть конец модели турбины через трубу из ПВХ на испытательном устройстве и на вал двигателя.Вы можете приклеить передний конец тестового устройства к поверхности, на которой он сидит, чтобы предотвратить его перемещение во время тестирования. После подключения турбины попросите одного ученика налить воду на турбину. Попросите учителя или другого ученика измерить и записать продолжительность времени, в течение которого вода попадает на лопасти. Опытный образец конструкции водяной турбины студенческой команды испытывается путем непрерывного литья воды сверху лопастей. Авторское право
Copyright © 2009 Джейсон Кросби, Программа ITL, Колледж наук, Университет Колорадо, Боулдер,
Пусть каждая группа по очереди поливает лопасти своей турбины водой с трех разных высот, записывая данные в рабочий лист.
Попросите учащихся выполнить вычисления и анализ на своих рабочих листах.
Завершите обсуждение в классе, чтобы рассмотреть и сравнить результаты групп. Какие улучшения они внесли бы? Где бы они разместили турбины возле своих энергоэффективных домов? См. Дополнительные вопросы для обсуждения после занятия в разделе «Оценка».
Предложите студенческим командам представить свои проекты остальному классу, как описано в разделе «Оценка».
Словарь / Определения
сохранение энергии: физический закон, гласящий, что энергия системы должна оставаться постоянной и что энергия не может быть создана.
сохранение массы: физический закон, гласящий, что масса не может быть ни создана, ни разрушена.
энергия: способность объекта выполнять работу.
Передача энергии: процесс преобразования энергии из одной формы в другую.
Генератор: устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.
голова: разница высоты воды между двумя точками.
гидроэнергия: энергия, вырабатываемая при движении или падении воды.
кинетическая энергия: энергия объекта из-за его движения.
невозобновляемый источник энергии: источник энергии, который не восполняется за короткий период времени.
потенциальная энергия: энергия, запасенная в объекте, в зависимости от его положения.
возобновляемая энергия: энергия, полученная из возобновляемых источников.
возобновляемый источник энергии: источник энергии, который восполняется естественным путем за короткий период времени.
вольтметр: прибор, измеряющий напряжение.
водяная турбина: механическое устройство, вырабатывающее электричество из движущейся воды.
работа: Механическая передача энергии от одного объекта к другому.
Оценка
Оценка перед началом деятельности
Мозговой штурм : В небольших группах предложите учащимся участвовать в открытом обсуждении.Напомните студентам, что никакая идея или предложение не являются «глупыми». Все идеи следует уважительно выслушивать. Спросите у студентов:
Как воду можно использовать для производства энергии и электричества?
Какие преимущества в создании и использовании гидроэлектроэнергии?
Какие недостатки?
Мероприятие Встроенная оценка
Рабочий лист : Попросите учащихся заполнить рабочий лист. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их уровень владения предметом.
Оценка после деятельности
Обсуждение в классе : Обсудите в классе следующие вопросы:
Какие части ваших конструкций, по-видимому, обеспечивают большую эффективность способности турбин преобразовывать энергию воды в электричество?
Какие части ваших проектов, по-видимому, дают более низкую эффективность?
Как мы могли объединить различные дизайнерские идеи из всех групп в одну турбину, которая могла бы иметь больший КПД, чем отдельные турбины?
Презентация в классе : Попросите группы учащихся представить свои проекты остальной части класса.Попросите их включить описание того, насколько хорошо работают водяные колеса и какие улучшения они могут внести в свои конструкции.
Вопросы безопасности
Следите за тем, чтобы не проводить испытания турбины в местах, где пол станет скользким при намокании.
Не допускайте попадания воды прямо на двигатель. Небольшое разбрызгивание — это нормально, но поскольку здесь задействованы некоторые электрические соединения, большое количество воды может потенциально повредить двигатель или нанести вред ученику.
Советы по поиску и устранению неисправностей
Некоторые двигатели имеют разъемы, которые легко обнаружить (два металлических куска торчат из двигателя с отверстием посередине), которые упрощают подключение проводов и мультиметров / вольтметров к выводам двигателя, в то время как другие этого не делают. При использовании двигателя, в котором разъемы отсутствуют на двигателе, ищите (как минимум) две прорези для разъемов на противоположных сторонах двигателя. Попросите учащихся вставить провода или мультиметры в две из этих прорезей.Если прорезей больше двух, попросите учащихся вставить провода в одну пару прорезей и вручную повернуть вал двигателя. Если мультиметр / вольтметр считывает напряжение или ток при вращении вала, то это разъемы. Если это не так, то другая пара прорезей — это соединитель. Попросите учащихся проверить двигатель на предмет показаний напряжения и тока на мультиметре / вольтметре.
Один из простых способов измерить напряжение на двигателе — присоединить электрический провод к разъемам двигателя и использовать зажимы типа «крокодил» на концах выводов мультиметра / вольтметра.Таким образом вы можете создать одну или несколько испытательных станций, и ученики могут просто прикрепить свои водяные турбины к установке.
Расширения деятельности
Попросите каждую команду поработать с другой группой, чтобы объединить части обеих конструкций для создания турбины, которая имеет более высокий КПД, чем оригинальные прототипы турбин любой группы. Попросите учащихся написать пару коротких абзацев, описывающих, что они хотели бы добавить и исключить, и почему они думают, что эти изменения сделают их новую турбину более эффективной, чем отдельные турбины, которые они изначально сделали.
Решение задач — поток энергии и воды : попросите учащихся решить следующие математические задачи: Решение задач — поток энергии и воды: попросите учащихся решить следующие математические задачи:
При обсуждении использования электроэнергии часто используется киловатт-час (кВтч). Покажите, что единицы киловатт-часа эквивалентны единице энергии, джоуля. (Подсказка: Ватт = Дж / с)
Ответ на задачу 1.
Мощность, связанная с перепадом высоты текущей текучей среды, указана выше и равна: P = (массовый расход) gh.Покажите, что единицы этого уравнения эквивалентны единицам мощности СИ, ваттам.
Ответ на задачу 2.
Масштабирование активности
Для младших школьников удалите математический анализ с рабочего листа.
Дополнительная поддержка мультимедиа
См. Превосходный график, показывающий ключевые части гидроэлектростанции, включая резервуар, водозабор, регулирующий затвор, напорный водовод, генератор, турбину, трансформатор, электростанцию, отвод и линии электропередач на этом веб-сайте HowStuffWorks: http: // people.howstuffworks.com/hydropower-plant1.htm
использованная литература
Бонсор, Кевин. Как работают гидроэлектростанции. 6 сентября 2001 г. HowStuffWorks.com. По состоянию на 31 марта 2009 г. http://people.howstuffworks.com/hydropower-plant1.htm
Плотина Гувера, посещение плотины Гувера. Последний раз рассмотрено в марте 2009 г. Регион Нижнего Колорадо, Бюро мелиорации, Министерство внутренних дел США. По состоянию на 31 марта 2009 г.http://www.usbr.gov/lc/hooverdam/
Основы гидроэнергетики. Последнее обновление 8 января 2008 г. Программа ветроэнергетических и гидроэнергетических технологий, энергоэффективность и возобновляемые источники энергии, Министерство энергетики США. (как работает гидроэнергетика, типы гидроэлектростанций, типы гидроэнергетических турбин, глоссарий терминов) По состоянию на 31 марта 2009 г. http://www.eere.energy.gov/basics/renewable_energy/hydropower.html
авторское право
© 2007 Регенты Университета Колорадо
Авторы
Тайлер Малин; Лорен Купер; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.Карлсон
Программа поддержки
Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере
Благодарности
Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант GK-12 No.0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику DOE или NSF, и вы не должны рассчитывать на одобрение со стороны федерального правительства.
Последнее изменение: 4 сентября 2021 г.
Развитие гидроэнергетических технологий | Министерство энергетики
Гидроэлектроэнергия является крупнейшим источником возобновляемой электроэнергии в Соединенных Штатах, производя около 6,3% всей электроэнергии страны за последнее десятилетие.Даже после столетия доказанного опыта работы с этим надежным возобновляемым ресурсом все еще существуют значительные возможности для расширения гидроэнергетических ресурсов страны за счет немеханических плотин, систем водоснабжения, гидроаккумулирующих гидроэлектростанций и строительства новых площадок. Программа гидроэнергетики поддерживает гидроэнергетику и дополняет существующие инвестиции за счет разработки и внедрения новых технологий и ключевых компонентов, а также путем определения ключевых областей возможностей, с помощью которых можно увеличить производство гидроэнергии.
Помимо обычной гидроэнергетики, гидроаккумулирующая гидроэнергетика является важной частью портфеля возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США, поскольку она действует как технология хранения энергии в энергосистеме общего пользования. Программа гидроэнергетики может сыграть важную и каталитическую роль в демонстрации преимуществ гидроаккумулирующей гидроэнергии как части нашего экологически чистого будущего, выступая в качестве возобновляемой формы стабилизации энергосистемы и способствующей широкому распространению переменных возобновляемых источников энергии (таких как ветер и солнечная). В отчете Министерства энергетики США, представленном Конгрессу за 2015 год, описываются основные мероприятия, которые могут помочь ускорить развитие гидроаккумулирующих систем в Соединенных Штатах.
Поскольку более 2500 американских компаний поддерживают гидроэнергетическую отрасль, добавление дополнительной выработки гидроэлектроэнергии создаст большую и устойчивую экономическую выгоду за счет оживления отечественного производства и гидроэнергетики.
Узнайте больше о работе Программы гидроэнергетики в следующих областях развития гидроэнергетических технологий:
Гидроэнергетика с низким напором
Существует значительная возможность по всей стране для добавления новых гидроэнергетических мощностей на участках с низким напором (т.е., работающие с перепадом высот от 2 до 20 метров). Эти типы водных путей часто присутствуют на существующих плотинах, каналах и водоводах без привода в различных областях Соединенных Штатов. Программа Water Power предусматривает инвестиции в инновационные НИОКР в области гидроэнергетики с низким напором, такие как установка Percheron Power первой в стране гидродинамической винтовой системы Archimedes. Этот проект продемонстрировал, что технология низкого напора проста, надежна и экономична.
Материалы и производство
Программа «Гидроэнергетика» финансирует НИОКР по выявлению и тестированию новых материалов и технологий производства для повышения производительности и снижения затрат на гидроэнергетику.Исследования, финансируемые программой, сосредоточены на материалах или покрытиях, которые снижают стоимость жизненного цикла рабочих колес турбин, отсасывающих труб и затворов. НИОКР также сосредоточены на выявлении и тестировании способов повышения эффективности и надежности генераторов.
Гидроэнергетические системы
Программа гидроэнергетики направлена на разработку и испытание новых технологий и методов, которые могут снизить эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание; увеличить коэффициенты готовности агрегата и мощности завода; снизить риск за счет повышения надежности системы; и улучшить качество — экологические характеристики, а также преимущества дополнительной мощности — производимой энергии.Приоритетными направлениями являются оптимизация водопользования, применение передовых материалов и методов производства, а также оценка стоимости услуг электросетевого водоснабжения. Например, существующие гидроэнергетические объекты в США демонстрируют признаки износа, а данные, используемые для оценки этих объектов, разрознены и устарели. Программа гидроэнергетики работает с партнерами над интеграцией и обновлением информации, чтобы понять снижение выработки электроэнергии, факторов мощности и доступности объектов.
Достижения в области развития технологий
Программа предусматривает многочисленные достижения в области развития гидроэнергетических технологий. Описанные ниже проекты подчеркивают лишь некоторые из новых возможностей программы и недавние успехи в сокращении затрат, оптимизации водопользования и модернизации объектов.
Новые возможности для перспективных исследований и разработок в гидроэнергетике
В 2011 году, после пересмотра своих усилий в области гидроэнергетики, Программа гидроэнергетики опубликовала свой первый крупный запрос на НИОКР в гидроэнергетике более чем за десять лет.Эти проекты направлены на снижение затрат на гидроэнергетические технологии и демонстрацию динамических преимуществ передовых гидроэнергетических и гидроаккумулирующих технологий. Например, Natel Energy по согласованию с исследовательской лабораторией Alden спроектировала, построила и ввела в эксплуатацию надежную трансмиссию для Schneider Linear hydroEngine ™. За счет снижения капитальных затрат и затрат на техническое обслуживание этот силовой агрегат позволяет разрабатывать новые гидроэлектростанции с низким напором, обеспечивая экономию энергии на уровне около 2 долларов на мегаватт-час.Узнайте больше о проекте Natel Energy и других в Отчете по гидроэнергетическим проектам.
Гидроэлектростанция — обзор
3.4.6.14 Уплотнения большого диаметра
В некоторых случаях используются уплотнения особенно большого диаметра. Примерами являются кормовые валы судов и большие насосы и турбины, например, в гидроэнергетике. Размеры вала могут составлять от 0,5 до более 1,0 м.
Торцевые уплотнения используются в качестве кормового уплотнения на морских кормовых трубах.Их можно использовать непосредственно для герметизации масла, несущего кормовую трубу, от морской воды в качестве альтернативы устройствам манжетного уплотнения, описанным в разделе 3.2.9.3, или для обеспечения более надежного варианта защиты от загрязнения, они могут изолировать морскую воду с помощью отдельного манжетного уплотнения, используемого для содержат подшипниковое масло.
Эта последняя система помогает исключить утечку масла из наружного уплотнения, даже если оно загрязнено или сильно повреждено. Кроме того, он менее подвержен износу и старению. Пример показан на рисунке 3.122. В узле внешнего уплотнения вода исключена посредством блока радиального торцевого уплотнения, который окружает и включает в себя блок масляного уплотнения, содержащий одно эластомерное манжетное уплотнение.Это манжетное уплотнение установлено на гильзе из хромистой стали, которая вращается вместе с валом. Второе манжетное уплотнение, расположенное перед сальником, действует как резервное уплотнение, если избыток воды должен проникнуть в дренажное пространство.
Рисунок 3.122. Поставляйте уплотнение кормового вала с большим эластомерным сильфоном для обеспечения гибкости.
Источник: Wartsila.
Это дренажное пространство не только позволяет маслу или воде свободно стекать внутрь, но также образует «перегородку» между морской водой и нефтью. Тогда можно будет эксплуатировать подшипник кормового вала при низком давлении масла около 0.2 бара, независимо от осадки судна.
Торцевые уплотнения могут использоваться как для водонепроницаемого уплотнения, описанного выше, так и для водомасляного уплотнения. Они предназначены для обслуживания на месте, при этом все изнашиваемые компоненты состоят из двух половин. В некоторых конструкциях используется сильфон, как показано на рис. 3.122. Он может состоять из трех, четырех или шести секций, в зависимости от размера уплотнения. Компонент седла поддается механической обработке, а вторичные резиновые компоненты разъединены. При необходимости лицевая часть может быть отремонтирована в контролируемых условиях.
Более поздняя разработка, предназначенная для обеспечения продолжительных периодов работы без демонтажа, заключается в использовании конструкции уплотнения толкающего типа, рис. 3.123. Цель состоит в том, чтобы позволить использовать твердые материалы для деталей лица и седла, чтобы уменьшить износ поверхности и седла, вызванный абразивными частицами в морской воде. Вкладыш из хромистой стали используется на внутреннем диаметре лицевого держателя, чтобы минимизировать износ, вызываемый вторичным уплотнением. Цель этой конструкции — обеспечить до 10 лет использования без обслуживания.Еще одно преимущество, заявленное для этого типа уплотнения, состоит в том, что уплотняющие поверхности расположены дальше вперед, чем это возможно при использовании уплотнения сильфонного типа. Это означает более эффективную защиту от лески и сетей, что снижает вероятность повреждения пломбы во время работы.
Рисунок 3.123. Более поздняя разработка, использующая конструкцию толкающего уплотнения для кормового вала. Это может быть связано с твердыми поверхностями.
Источник: Wartsila.
Еще одно применение механических уплотнений большого диаметра — это водяные турбины, включая схемы хранения насосов, где турбина также будет работать как насос.Подобные уплотнения также могут использоваться на очень больших насосах охлаждающей воды.
Уплотнения для этих применений были специально разработаны для применения и включают в себя ряд специальных функций. Пример показан на рисунке 3.124. Они будут разрабатываться индивидуально для каждого приложения и полностью разделены для облегчения установки и обслуживания. В частности, уплотнения на насосных турбинах могут выдерживать особо тяжелые условия эксплуатации [57]. Обычно на таких установках перед пуском машина разгоняется до синхронной скорости, а для уменьшения мощности вспомогательного двигателя насосная камера заполняется сжатым воздухом.Машины также могут работать в течение длительных периодов времени в эфире для улучшения коэффициента мощности или в режиме ожидания для возможных внезапных потребностей в электроэнергии в сети.
Рисунок 3.124. Торцевое уплотнение большого диаметра для применения в водяных турбинах, в котором используется геометрия конической поверхности с композитным материалом для соответствующей поверхности уплотнения.
Источник: SM Seals.
Основная изнашиваемая поверхность изготовлена из композитного материала, который предназначен для компенсации повреждений от мусора и восстановления взаимно согласованных поверхностей уплотнения в случае повреждения абразивными частицами.Конструкция может быть адаптирована как для горизонтальных, так и для вертикальных валов и может работать при окружных скоростях до 30 м / с и давлении до 10 бар. С гидростатической подачей эти параметры могут быть увеличены, но большинство применений с гидротурбинами находятся в диапазоне 5–10 м / с.
В примере на Рис. 3.124 конус с твердой поверхностью уплотнения (C) прикреплен к валу, как и вращающаяся поверхность. Торцевое уплотнение из композитного волокна (A) находится во втулке (D) и фиксируется на месте стопорным кольцом (B).Торцевая нагрузка достигается за счет пружин (P) и давления воды в турбине. Система индикатора износа (J / K) может быть механически связана с приборной панелью или, альтернативно, с электронным цифровым дисплеем.
Композитная поверхность уплотнения не обладает самосмазывающими свойствами углерода, поэтому необходимо подавать охлаждающую воду, которая может быть нефильтрованной водой из напорного трубопровода, к уплотнению всякий раз, когда вал вращается. Некоторые варианты, такие как высокоскоростные уплотнения или уплотнения с более высоким давлением, могут иметь гидростатическую подачу, что потребует использования фильтрованной воды.
Конструкция уплотнений позволяет регулировать нагрузку на поверхность уплотнения после установки для оптимизации условий работы уплотнения с точки зрения утечки, температуры поверхности уплотнения и износа. Это достигается за счет регулировки пружин уплотнения. Если нет возможности получить доступ к пружинам для регулировки, можно использовать пневматические цилиндры для торцевой нагрузки. Альтернативой для вертикальных валов является использование ряда грузов для нагрузки на уплотнение.
Наличие индикатора износа позволяет планировать техническое обслуживание, а срок службы уплотнения может превышать 10 лет.Плавные очертания и отсутствие пружин в воде предотвращают засорение в илистых условиях. Композитная изнашиваемая поверхность имеет то преимущество для валов большого диаметра, что ее можно уронить без повреждений, в отличие от карбона. Он также может противостоять вибрации и абразивным воздействиям без необратимых повреждений.
В альтернативной конструкции уплотнения гидротурбины используется более традиционная геометрия поверхности радиального уплотнения, рис. 3.125. Его можно использовать как в машине с вертикальным, так и с горизонтальным валом. В этой конструкции забойная нагрузка регулируется дистанционно с помощью давления воды, поэтому она особенно подходит для турбин, где нет доступа к уплотнению для регулировки после установки.Они могут использоваться в тех же рабочих пределах, что и коническое торцевое уплотнение.
Рисунок 3.125. Альтернативная конструкция уплотнения гидротурбины, имеющая радиальную торцевую конфигурацию и использующая гидравлическое давление воды для забойной нагрузки.
Источник: SM Seals.
В этой конструкции торцевое уплотнение (A) из композитного волокна прикреплено к валу турбины, как и вращающаяся поверхность. Стационарное седло (поршень) (C) нагружается давлением воды в рабочей камере и скользит в осевом направлении между уплотнительными кольцами (F и G) во внутреннем (D) и внешнем (E) корпусах для компенсации износа.В рабочей камере повышается давление путем подсоединения ее к напорному резервуару, камере вокруг уплотнений через устройство управления или к отдельному источнику воды через специально созданную схему управления через регулятор, в зависимости от применения. Это уплотнение также оснащено дополнительными приспособлениями, такими как индикатор износа (J).
Hydroelectric Power — обзор
10.1 Введение
Это форма энергии — возобновляемый ресурс. Гидроэнергетика обеспечивает около 96 процентов возобновляемой энергии в Соединенных Штатах.Другие возобновляемые ресурсы включают геотермальную энергию, энергию волн, приливную энергию, энергию ветра и солнечную энергию. Гидроэлектростанции не используют ресурсы для производства электроэнергии и не загрязняют воздух, землю или воду, как другие электростанции. Гидроэнергетика сыграла важную роль в развитии мировой электроэнергетики. Развитие как малых, так и крупных гидроэлектростанций сыграло важную роль в раннем развитии электроэнергетики.
Электроэнергия вырабатывается за счет проточной воды — зимнего и весеннего стока горных ручьев и чистых озер.Вода, когда она падает под действием силы тяжести, может использоваться для вращения турбин и генераторов, вырабатывающих электричество.
Гидроэнергетика важна для нашей страны. Растущее население и современные технологии требуют огромного количества электроэнергии для создания, строительства и расширения. В 1920-х годах гидроэлектростанции обеспечивали 40% производимой электроэнергии. Хотя количество энергии, производимой с помощью этого средства, неуклонно увеличивалось, количество, производимое другими типами электростанций, увеличивалось более быстрыми темпами, и в настоящее время гидроэлектроэнергия обеспечивает около 10 процентов генерирующих мощностей Соединенных Штатов.Гидроэнергетика является важным участником национальной энергосистемы из-за ее способности быстро реагировать на быстро меняющиеся нагрузки или нарушения в системе, которые не могут выдержать станции базовой нагрузки с паровыми системами, работающими от сжигания или ядерных процессов.
58 электростанций Reclamation на западе США производят в среднем 42 миллиарда кВтч (киловатт-часов) в год, чего достаточно для удовлетворения жилищных потребностей более 14 миллионов человек. Это эквивалент электроэнергии примерно 72 миллионам баррелей нефти.Гидроэлектростанции являются наиболее эффективным средством производства электроэнергии. Эффективность сегодняшней гидроэлектростанции составляет около 90 процентов. Гидроэлектростанции не создают загрязнения воздуха, топливо — падающая вода — не расходуется, проекты имеют долгую жизнь по сравнению с другими формами производства энергии, а гидроэлектрические генераторы быстро реагируют на изменение состояния системы. Эти благоприятные характеристики продолжают делать гидроэнергетические проекты привлекательными источниками электроэнергии.
Гидроэнергетика — новый взгляд на возможности первого в Америке возобновляемого источника энергии | Брифинг

Институт экологических и энергетических исследований (EESI) и Национальная ассоциация гидроэнергетики (NHA) приглашают вас на брифинг о роли гидроэнергетики в достижении целей США по климату и надежности и устойчивости электрических сетей.В 2018 году гидроэнергетика была крупнейшим производителем возобновляемой электроэнергии в США. Помимо преимуществ производства чистой возобновляемой энергии, гидроэнергетика и гидроаккумулятор также могут быть стратегическим партнером для других переменных возобновляемых источников энергии. Сочетание гидроэнергетики с ветровой и солнечной энергией может помочь им достичь большего проникновения и интеграции при оптимизации производительности сети.
ОСОБЕННОСТИ

Джефф Лиахи, заместитель исполнительного директора, Национальная гидроэнергетическая ассоциация (NHA)
NHA работает над тем, чтобы отстаивать гидроэнергетику как главный безуглеродный возобновляемый источник энергии в Америке и информировать государственную политику по защите, совершенствованию и расширению гидроэнергетики в США.С. электрическая система.
Гидроэнергетика — старейший возобновляемый источник энергии в Америке. Гидроэнергетика — это надежный и устойчивый энергетический ресурс со многими преимуществами: он не содержит углерода, имеет долгосрочную емкость хранения и может быстро наращивать или уменьшать выработку в ответ на потребительский спрос и компенсировать производство переменных ресурсов энергии ( например, ветер и солнце). Другие уникальные преимущества гидроэнергетических проектов включают: управление наводнениями и засухой, орошение сельскохозяйственных культур, водоснабжение, защиту окружающей среды и возможности для отдыха.
Ветровая и солнечная энергия были приоритетными в поддержке налоговой политики в течение последнего десятилетия, что помогло им расти быстрее, чем другие возобновляемые источники энергии. Благодаря этой политической поддержке в 2016 году ветроэнергетика превзошла гидроэнергетику по мощности (или максимально возможной выработке энергии).
Несмотря на более слабую политическую поддержку и стабильный рост за последнее десятилетие, гидроэнергетика по-прежнему является основным источником возобновляемой энергии в Америке (хотя ее потенциал ниже, гидроэнергетика фактически вырабатывает больше электроэнергии, чем ветер).В 2018 году гидроэнергетика составляла 7 процентов от общего объема производства электроэнергии в США и 39,5 процента производства электроэнергии из возобновляемых источников (на втором месте — ветер с 37 процентами). Гидроэнергетика также чрезвычайно важна для хранения энергии: гидроаккумулируемые 23 ГВт гидроэлектроэнергии составляют 95 процентов от запасов энергии в США.
Производство гидроэлектроэнергии имеет огромный потенциал роста за счет нескольких направлений : добавление мощностей на немеханизированных плотинах, расширение существующих мощностей за счет модернизации и повышения эффективности, а также использование новых потенциальных морских и гидрокинетических ресурсов (таких как приливные течения, океанические и речные течения , и волны).
В новом отчете министерства энергетики, Видение гидроэнергетики: новая глава для первого в Америке возобновляемого источника электроэнергии , показывает, что новая и улучшенная гидроэнергетика может генерировать дополнительно 26 ГВт к 2030 году и 50 ГВт к 2050 году. Электроэнергия обеспечена более чем 80 000 плотин.
Федеральная политика и политика штата, которые не являются более благоприятными и стабильными, длительные сроки разработки и большие требования к первоначальным капиталовложениям создают серьезные проблемы для развития гидроэнергетики. В качестве решения этих проблем NHA предлагает федеральных налоговых политик, которые должным образом оценивают сетевые преимущества гидроэнергетики и стимулируют рост; усовершенствования процесса регулирования лицензирования гидроэнергетики в новых и существующих проектах; и включение гидроэнергетики в программы чистой энергии, такие как государственные стандарты портфеля возобновляемых источников энергии.
Сюзанна Грасселл, менеджер программы по связям с государством, коммунальный округ округа Челан
Коммунальный округ округа Челан (CCPUD) в штате Вашингтон, обслуживающий около 48 000 потребителей, имеет три гидроэнергетических проекта общей мощностью 2 000 мегаватт.Два из этих проектов были перелицензированы в 2006 и 2009 годах, а третий будет перелицензирован в 2028 году. Гидроэнергетика имеет самый длительный процесс лицензирования из всех источников энергии — перелицензирование гидроэнергетического объекта занимает 10-12 лет. Из-за того, что процесс занимает много времени, CCPUD уже планирует и разрабатывает стратегию перелицензирования на 2028 год. Гидроэнергетика недооценена и сдерживается устаревшими правилами и излишне долгими и сложными процессами лицензирования и перелицензирования.
В гидроэнергетике существует дихотомия — с одной стороны, гидроэнергетика чрезвычайно надежна и способна вырабатывать постоянную энергию, в отличие от многих других возобновляемых источников энергии, которые намного более изменчивы. С другой стороны, гидроэнергетика работает в соответствии со старой практикой регулирования, в то время как государственная политика сосредоточена на новых энергетических ресурсах. Несмотря на то, что гидроэнергетика имеет наибольший потенциал и имеет множество преимуществ, мы не всегда видим, что рынки ее ценят.
Существует большой потенциал для возрождения гидроэнергетики: признание рыночной стоимости характеристик гидроэнергетики и выбор технологически нейтральной политики сокращения выбросов углерода с помощью стимулов, обеспечивающих справедливое отношение к гидроэнергетике; сокращение и упрощение процесса перелицензирования; и расширение исследований и разработок.
Последние события демонстрируют надежду на будущее гидроэнергетики: в законе штата Вашингтон о 100-процентной чистой энергии гидроэнергетика признается как возобновляемый источник энергии, а американский закон об инфраструктуре водоснабжения стимулирует ранние инвестиции в гидроэнергетические проекты до повторного лицензирования.
Чак Сенсиба, партнер, Troutman Sanders
«Гидроэнергетика имеет огромные преимущества, которые стоит защищать, и промышленность, желающая это делать.«Мы должны заботиться о гидроэнергетике, потому что, как неизвлекающий источник энергии, она важна для климата; он функционально гибок благодаря своей способности упрощать работу с другими возобновляемыми источниками энергии и интегрироваться с ними; это недорогой источник топлива; и у него есть множество других преимуществ.
Политика в отношении гидроэнергетики должна быть более разумной и менее раздробленной. Лицам, принимающим решения, важно иметь сбалансированный подход к разработке политики в секторе возобновляемых источников энергии.
Последние улучшения в политике в области гидроэнергетики включают в себя Закон об эффективности регулирования гидроэнергетики от 2013 г. (HREA) , который уполномочил Федеральную комиссию по регулированию энергетики (FERC) выдавать предварительные разрешения на срок до трех лет и учредил «квалифицирующий трубопровод для гидроэнергетики». объекты »(до 5 МВт), которые не требуют разрешения FERC. Закон об инфраструктуре водоснабжения Америки от 2018 г. (AWIA) расширил эти дополнительные изменения, увеличив предварительное разрешение до четырех лет с четырехлетним продлением; требование, чтобы FERC учитывала ранние инвестиции в проект при установлении новых условий лицензирования, а также расширение программы HREA 2013 для «соответствующих водопроводных гидроэнергетических объектов» до 40 МВт.
Дальнейшие усовершенствования политики в области гидроэнергетики включают модернизацию политики лицензирования гидроэнергетики, требующую заблаговременных консультаций со стороны лиц, принимающих решения на федеральном уровне и уровне штата, определение FERC в качестве ведущего агентства в процессе и обеспечение механизма соблюдения графика выполнения работ.Установление налоговой и другой политики развития, которая относится ко всем возобновляемым ресурсам одинаково, а также определение приоритетов исследований и разработок в области новых гидроэнергетических, морских и гидрокинетических технологий (в дополнение к существующей гидроэнергетике) также являются важными шагами на пути к успеху гидроэнергетики.
Мэтт Суиндл, председатель и главный исполнительный директор, NLine Energy
Первое возрождение гидроэнергетики началось в середине 19 века с изобретения реакционной турбины Фрэнсиса, колеса Импульса Пелтона и строительства электростанции Шёллькопф в Ниагара-Фолс, штат Нью-Йорк.К концу 20-го века гидроэнергетика пережила еще два возрождения и переход к большой гидроэнергетике благодаря глобальному развитию и Закону FERC 1978 о политике регулирования коммунальных предприятий (PURPA), который стимулировал развитие гидроэнергетики на существующих плотинах. После этого возникла нехватка гидроэнергетики, которая продолжается, хотя HREA 2013 года и AWIA 2018 действительно знаменуют возобновление интереса к развитию и лицензированию гидроэнергетики.
2019 знаменует собой начало возможного пятого возрождения гидроэнергетики, начиная с новых технологий в области прохода рыбы и дружественных для рыбы турбин (с нулевым уровнем смертности!), Новых экологически безопасных конструкций плотин и растущего интереса корпораций к проектам возобновляемой и чистой энергии .Лучшее образование в области гидроэнергетики, особенно новых технологий и их преимуществ для сохранения дикой природы и защиты окружающей среды, приведет к увеличению корпоративных инвестиций и более разумному регулированию.
Лори Пикфорд, директор, The Ferguson Group (пример выдачи лицензий на гидроэлектростанцию Дон Педро)
«Гидроэнергетика не вчерашний динозавр. Если нас волнует климат, нам нужно по-другому взглянуть на гидроэнергетику ». По словам Лори Пикфорд, если политики заботятся о климате, они должны подумать о том, чтобы исправить процесс лицензирования гидроэнергетики.«Если вы можете построить объекты природного газа и ветряные электростанции за два года, , вам не понадобится десять, чтобы перелицензировать существующие плотины и гидроэнергетические объекты ».
Гидроэнергетика, включая большие плотины, совместима с Законом об исчезающих видах и Законом о чистой воде . Агентства, обеспечивающие соблюдение этих законов, в том числе Национальная служба морского рыболовства и Служба рыбного хозяйства и дикой природы США, должны нести ответственность в соответствии с теми же стандартами, что и лицензиаты гидроэнергетики (например, основываясь на утвержденных научных исследованиях и моделях).Это обеспечит плавный и эффективный процесс и поможет сократить время, необходимое для перелицензирования проектов.
С 2011 года Ferguson Group пытается перелицензировать гидроэлектростанцию Дон Педро в Центральной Калифорнии, используя новый интегрированный процесс лицензирования (ILP). ПДОДИ пыталась сделать перелицензирование более эффективным, объединив с самого начала всех людей и агентства, вовлеченные в процесс; но поскольку FERC не осуществляла надзор за другими агентствами, они не могли работать синхронно для достижения одних и тех же целей или опираться на одну и ту же науку, что приводило к противоречивым предложениям.Чтобы улучшить это, агентств должны соответствовать тем же стандартам, что и друг друга .
Пол Гей, вице-президент по стратегическим маркетинговым инновациям
Морская энергия — это новый, еще не коммерциализированный ресурс в Соединенных Штатах (за исключением, совсем недавно, в штате Мэн), который представляет собой огромное количество неиспользованной и предсказуемой энергии. Морская энергия — от волн, приливов и отливов и океанских / речных течений — используется с новыми технологиями и концепциями .В настоящий момент кому-либо трудно оценить весь потенциал морской энергетики, потому что многие технологии находятся в стадии разработки или являются теоретическими.
Вода в 800 раз плотнее воздуха, поэтому гидроэнергетика по своей природе требует гораздо больше энергии, чем энергии ветра, но это также означает, что ее намного сложнее уловить. Необходимы значительные федеральные инвестиции для вывода этих новых морских технологий на рынок , точно так же, как любой другой источник энергии с самого начала нуждался в федеральных инвестициях — от ископаемого топлива до солнечной энергии.За последнее десятилетие Конгресс выделил более 120 миллионов долларов на финансирование программы НИОКР ВМС США в области морской энергетики, но необходимы дополнительные средства для поддержки развития технологий, которые могут привести к проверке в частном секторе и внедрению коммунальных услуг.
Федеральное правительство может иметь большое значение . На рассмотрении находятся законопроекты о повторном разрешении морской энергетической деятельности Управления гидроэнергетических технологий. Отрасль также зависит от грантов Департамента энергетики и технологий водоснабжения и энергетики США.Энергетическая программа С. Военно-морского флота. В настоящее время нет никаких налоговых стимулов — морская энергия полностью зависит от грантов.
Прямо сейчас действуют действительно крутые технологии — на Гавайях есть испытательная установка волновой энергии на базе морской пехоты, исследования волновой и приливной энергии проводятся в Орегоне в Тихоокеанском морском энергетическом центре, Национальные лаборатории (NREL, SNL, PNNL). , ORNL) поддерживают тестирование компонентов и моделирование различных генераторов и лопастей, а компания Ocean Renewable Power Company на Аляске развертывает модифицированное устройство приливной энергии для питания не подключенного к сети приливного сообщества 50% возобновляемой энергии.
Возможности для обновления и расширения существующего парка гидроэлектростанций, а также для разработки новых проектов доступны по всей стране. Однако проблемы, мешающие отрасли в полной мере реализовать этот рост, в том числе отсутствие оценки выгод гидроэнергетики на энергетических и экологических рынках и в политике; регуляторная неопределенность; и неравенство в поддержке налоговой политики.
На этом брифинге будут рассмотрены энергетические, экологические и сетевые преимущества, которые дает гидроэнергетика (и другие гидроэнергетические технологии, такие как гидроаккумуляторы, трубопроводная энергия и морская энергия), а также изменения в политике, необходимые для поддержки гидроэнергетических проектов и содействия дальнейшему развертыванию.Для получения дополнительной информации см. Недавно выпущенный отчет NHA: Возрождение гидроэнергетики: краеугольный камень нашей чистой, доступной и надежной электроэнергии будущего .
5 способов использования человеческого тела для выработки электроэнергии
Думайте о человеческом теле как о высшем распределенном энергетическом ресурсе.
Из всех возобновляемых видов топлива, пожалуй, нет более устойчивого, чем ваше собственное тело.
Сегодня уже существует несколько способов, которыми человеческое тело может помочь производить электричество — от простых упражнений до человеческих отходов.
Ни одна из этих диковинных технологий не поможет спасти энергосистему в ближайшее время, но интересно представить себе будущее, в котором ваши органы смогут управлять суперкомпьютером в вашем мозгу.
1. Кровоток
Команда швейцарских исследователей во главе с инженером-биомедицином Алоисом Пфеннигером показывает миру многообещающую картину будущего: микротурбины, имплантированные в артерии человека.
Микротурбины работают так же, как гидроэлектростанции, используя поток крови для выработки электроэнергии. Из трех турбин, протестированных командой Пфеннигера, самая производительная генерирует около 800 микроватт энергии — намного больше, чем необходимо для работы кардиостимулятора.
«Сердце вырабатывает около 1 или 1,5 Вт гидравлической энергии, а мы хотим взять, может быть, один милливатт», — сказал Пфеннигер. «Для кардиостимулятора требуется всего около 10 микроватт».
Сегодня варианты использования микротурбин ограничиваются питанием датчиков артериального давления, насосов для доставки лекарств и нейростимуляторов — всем из которых требуется источник питания.В будущем возможности более диковинные.
2. Шаги
Люди много ходят, так почему бы не уловить эти усилия и не использовать их для выработки электроэнергии? Такова первоначальная мысль Pavegen, стартапа, который хочет, чтобы его плитки с движущимися следами стали способом будущего.
В зависимости от того, насколько сильно вы шагаете, один шаг по плитам компании может произвести от одного до семи ватт мощности. По словам Павегена, этого электричества недостаточно для питания дома, но его достаточно, чтобы зажечь уличный светодиод на 30 секунд.
Однако для Pavegen использование плитки выходит за рамки возобновляемых источников энергии. Плитки стартапа могут предоставить ранее трудные для сбора данные о привычках людей.
«Наша цель — получить ту же цену, что и обычное напольное покрытие», — сказал основатель и генеральный директор Лоуренс Кембал-Кук. «И тогда это может быть на любом нормальном этаже в мире».
3. Упражнение
В спортзалах по всей стране есть велотренажеры, эллиптические тренажеры и степперы.А теперь представьте, если бы каждый из них производил электричество.
Некоторые уже делают. Придавая понятие «человеческая сила» совершенно новое значение, такие стартапы, как ReRev, Green Revolution и Human Dynamo, делают упражнения более экологически безопасными, оснастив эти машины для производства электроэнергии.
Некоторые, например ReRev, подключают эллиптические тренажеры с генераторами постоянного тока к центральному блоку с инвертором, который преобразует производимую мощность в переменный ток и отправляет ее обратно в здание и сеть. Некоторые, например Green Revolution, решили подключить велотренажеры к батареям.Другие, такие как Human Dynamo, построили индивидуальный стационарный велосипед с «ручными кривошипами» и педалями, которые вращают маховик, связанный с генератором, который может подключаться к нескольким велосипедам одновременно.
Но эти машины еще не вырабатывают энергосберегающего количества энергии — в среднем они могут вырабатывать от 50 до 150 ватт в час, в то время как велосипедист высшего уровня может генерировать более 400 ватт за тот же период.
Расчеты показывают, что эти типы машин при 5 часах ежедневного использования при 100 Вт в час будут производить только 183 киловатт-часа в год — или около 18 долларов электроэнергии.
«Я надеюсь, что эта технология будет в каждом оборудовании через 10 или 15 лет», — сказал Адам Бозель, владелец Green Microgym. «Несколько ватт от каждого из нас, пока мы потеем, могут в сумме дать что-то значительное».
4. Тепло тела
Исследователи из нескольких известных институтов, включая Технологический институт Джорджии, разрабатывают носимые ткани, которые могут генерировать электричество.
Дэвид Кэрролл, профессор физики в университете Уэйк Форест, является одним из таких исследователей.Он создал Power Felt — гибкую ткань, которая может проводить электричество и обеспечивать теплоизоляцию.
Power Felt имеет несколько вариантов использования, но был предназначен для улавливания тепла тела и его повторного использования для зарядки телефонов.
«Из тела, производящего от 100 до 120 ватт мощности, вы могли бы получить из этого один или два ватта», — сказал Кэрролл. «Если вы сделаете из этого одежду, этого достаточно, чтобы начать заниматься электроникой, такой как мобильные телефоны и тому подобное.”
Кэрролл оценивает, что производство такого количества Power Felt, достаточного для покрытия вашего смартфона, будет стоить 1 доллар.
«Пока я разговаривал с вами, задняя часть моего телефона стала горячей», — сказал он Bloomberg. «Наш кусок ткани за 1 доллар даст вам такой же импульс, как и батарея за 50 долларов.
5. Моча и кал
Мы думали о том, чтобы сделать этот номер один и два в нашем списке.
Шутки в сторону, есть несколько многообещающих способов использования энергии для отходов жизнедеятельности человека. По словам китайских исследователей, разработавших унитаз, который помогает производить удобрения и электричество, человеческие фекалии могут перевариваться в биореакторе для выделения биогаза.Кейтлин Батлер, профессор экологической инженерии Массачусетского университета, разработала яму для микробных топливных элементов. В отличие от обычного туалета с выгребной ямой, здесь собираются компостированные отходы и окисляются в анодной камере. Затем электроны высвобождаются и проходят через несущую цепь, которая генерирует электричество.
Есть также способ использовать человеческую мочу для выработки электроэнергии. Получатель гранта в размере 500000 фунтов стерлингов от Фонда Билла и Мелинды Гейтс, исследовательской группы, возглавляемой доктором Дж.Иоаннис Иеропулос, профессор Университета Западной Англии в Бристоле, разработал еще один микробный топливный элемент, но этот работает на моче.
«Прелесть этого источника топлива в том, что мы не полагаемся на неустойчивую природу ветра или солнца», — сказал Иеропулос. Электроэнергия, работающая на урине, «настолько экологична, насколько это возможно».
«Мы очень воодушевлены потенциалом этой работы», но необходимы дополнительные исследования, — добавил он. «Пока что разработанный нами микробный топливный аккумулятор генерирует достаточно энергии, чтобы можно было отправлять SMS-сообщения, просматривать веб-страницы и делать короткие телефонные звонки по телефону.”
.
No related posts.

Ожидаемые характеристики NGSS
HS-PS3-3.Спроектируйте, создайте и доработайте устройство, которое работает с заданными ограничениями для преобразования одной формы энергии в другую. (9–12 классы) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Щелкните здесь, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям.

В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Сквозные концепции
Разработайте, оцените и / или доработайте решение сложной реальной проблемы, основываясь на научных знаниях, источниках доказательств, созданных студентами, приоритезированных критериях и компромиссных решениях. Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!	В макроскопическом масштабе энергия проявляется множеством способов, таких как движение, звук, свет и тепловая энергия. Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв! Хотя энергия не может быть уничтожена, ее можно преобразовать в менее полезные формы — например, в тепловую энергию в окружающей среде. Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв! Критерии и ограничения также включают удовлетворение любых требований, установленных обществом, таких как учет вопросов снижения риска, и они должны быть количественно определены, насколько это возможно, и сформулированы таким образом, чтобы можно было определить, соответствует ли им данный проект. Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!	Энергия не может быть создана или уничтожена — она только перемещается между одним местом и другим местом, между объектами и / или полями или между системами. Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв! Современная цивилизация зависит от основных технологических систем. Инженеры постоянно модифицируют эти технологические системы, применяя научные знания и методы инженерного проектирования для увеличения выгод при одновременном снижении затрат и рисков. Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!