Не муку, а ток. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Для разработки и реализации проекта самодельной электростанции конструктору-любителю потребуется предварительно проанализировать особенности объекта, который должен снабжаться электроэнергией (отдельное строение, усадьба, туристическая база, несколько домов и т.п.), а также дебит воды и возможность получения перепада уровня ее с помощью гидротехнического оборудования. Если выясняется, что микроГЭС должна работать на постоянную нагрузку, с неизменной (в течение суток) мощностью потребления, расход воды регулируется ограничителем дебита. В простейшем случае это может быть закрепленная между двумя направляющими пластина (доска и т.д.). В зависимости от складывающейся ситуации она легко ставится в положение ниже или выше "нормы". И здесь нет настоятельной необходимости в использовании накопительных аккумуляторов. В случае же существенной разницы в потреблении электроэнергии (особенно когда "ножницы" превышают киловатт-час) крайне желательной становится аккумуляторная батарея.

Дебит воды и высота, с которой поток устремляется к турбине, являются главными факторами мощности, отдаваемой ГЭС в нагрузку. Без них и в наших расчетах, как говорится, не обойтись.

Измерение дебита воды проводится с помощью секундомера и поплавка, на фиксированном участке реки (канала и т.д.). Контрольная длина этого участка - около 10 м. Поплавковая деталь измерения (легкий мяч, кусочек пенопласта и т.п.), установленная на стремнине, будет перемещаться без наталкивания на препятствия. А захронометрированная величина, в течение которой поплавок пройдет эти 10 м, позволит легко вычислить скорость самого потока.

Но каково же поперечное сечение русла?

Соответствующие промеры выполняют в трех пунктах. По усредненным данным находят поперечное сечение. Зная к тому же и скорость, рассчитывают сам дебит.

Рис. 1. Схема расположения и состав микроГЭС: 1 - река с дебитом основного потока (вариант) 1,2 т/с, 2 - ограничитель дебита (подробности см. в тексте), 3 - канал транспортный с дебитом 0,4 т/с, 4 - лоток-направляющая на сваях (из подручных материалов: например, плах соответствующих типоразмеров и пород древесины), 5 - техническое помещение (из бруса и вагонки), 6 - стояк электропередачи (с укрепленными на нем фарфоровыми изоляторами), 7 - линия электропередачи (двухпроводная воздушная), 8 - гидроэлектроагрегат в работе (а - ниспадающий поток воды, б - турбина в сборе, в - передача клиноременная двухступенчатая, г - узел промежуточного вала, д - электрогенератор, е - плита-основание стальная, ж - сваи лиственничные или дубовые), 9 - сток отработанной воды

Рис. 2. Гидротурбина: 1 - кольцо-венец (5-мм листовая сталь, 2 шт.), 2 - лопатка (5-мм, нержавейка, 12 шт.), 3 - барабан (1,5-мм, жесть), 4 - спица (из 500-мм отрезка 26-мм стальной рифленой арматуры, 8 шт.), 5 - болт М12 (2 шт.), 6 - втулка-ступица (из отрезка трубы 100x20 стальной бесшовной), 7 - вал турбины (Ст 45), 8 - шарикоподшипник в корпусе (от сельхозтехники, самоустанавливающийся, 2 шт.), 9 - плита опорная (из отрезка швеллера № 18, 2 шт.), 10 - болт М20 с гайкой самоконтрящейся (4 шт.), 11 - шуруп крупногабаритный с потайной головкой (16 шт.), 12 - свая (из акации, дуба или лиственницы, 2150 мм, 4 шт.)

Рис. 3. Кинематика одного из вариантов самодельной гидростанции с деталировкой основных узлов (рабочее колесо турбины условно не показано): 1 - вал гидротурбины (Сталь 45), 2 - ступица маховика-шкива (Ст 5), 3 - болт М12, 4 - маховик-шкив ведущий первой ступени клиноременной передачи (Сталь 20), 5 - болт М10 (4 шт.), 6 - гайка М10 самоконтрящаяся (4 шт.), 7 - ремень кордотканый клиновой (2 шт.), 8 - шкив промежуточного вала (Сталь 20), 9 - шпонка клиновая, 10 - вал промежуточный (Сталь 45), 11 - плита стальная, 12 - корпус подшипникового узла с крышками (Ст 3), 13 - шарикоподшипник 180206 (2 шт.), 14 - болт М8(8шт.), 15 - шайба (8 шт.), 16 - гайка М8 (8 шт.), 17 - генератор постоянного тока (800 Вт, 24 В, 700об/мин.), 18 - шуруп крупногабаритный с шайбой (6 шт.), 19 - шкив генератора (Сталь 20)

Создание нужного перепада уровней воды (транспортного канала) требует определенных гидротехнических работ; достаточно объемных, но совершенно необходимых соответствующих конструкций (см. рис. ). Энергетический же потенциал гидропотока вычисляют по формуле:

Wn = mgh,

где Wn - потенциальная энергия; m - масса воды, которая обрушивается за одну секунду на турбину (вот где пригодится найденный ранее дебит!); g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2; h - высота падения воды (до выхода из турбины).

Мощность, которую можно в идеале получить от турбины, предлагаемой для самостоятельного изготовления,- приблизительно 10 кВт. Работая в реальной микроГЭС, вариант которой изображен на рисунке, такая турбина способна отдать в нагрузку (с учетом неизбежных здесь потерь) 800 Вт. Исходя из этого выбран и генератор. У него следующие параметры: 800 Вт, 24 В, 700 об/мин.

Если принять во внимание тот факт, что вечером и ночью электроэнергия идет в основном на освещение (не потребляется только в течение 3-4 часов), а днем используется для электропитания 1-2 холодильников, то есть, видимо, имеет смысл накапливать ее в аккумуляторах, соединенных для зарядки и работы в сети с напряжением 24 В. Но требуется, чтобы аккумуляторы находились как можно ближе к распределительному щиту. Ведь потери здесь растут пропорционально протяженности линии и сечению электрокабеля.

К счастью, они не выходят за "норму" в нашей 150-метровой линии, где используется кабель, суммарное сечение алюминиевых жил которого составляет 25 мм2.

Дабы от энергии воды на микроГЭС не был потерян ни один ватт, прибегают к тому, что турбина снабжается лопастями, закрепленными под углом, благоприятствующим максимальному использованию кинетики ниспадающего потока. Следующие друг за другом лопасти не смогут быть заторможены "усталой", отработавшей свое водой. И трение здесь сведено к минимуму. Ведь внутренняя поверхность у каждой из сформированных лопастями (лопатками) и барабаном турбины (своеобразных "чаш") заботливо отполирована. Предельно снижены и потери в клиноременной передаче, доводящей число оборотов у генератора до оптимального значения. Все валы - на шарикоподшипниках. Ремни не проскальзывают (их натяжение регулируется по месту крепления опор).

Теперь - о других конкретностях предлагаемой конструкции. Трехсоткилограммовая турбина (см. рис. ) выполнена из двух колец-венцов (листовая сталь), двенадцати лопаток (нержавейка), жестяного барабана, восьми спиц из стальной арматуры (диаметром 26 мм) и втулки-ступицы, закрепленной на рабочем валу с помощью двух болтовых соединений М12. Вал вращается на двух самоустанавливающихся (и обязательно герметичных - для предохранения от воды) шарикоподшипниках.

Все это располагается на двух опорах, которые способны выдерживать нагрузку до тонны. Последние крепятся на четырех, вбитых в грунт на 1,5 метра, сваях диаметром 200-250 мм (из акации). На валу турбины размещается маховик (диаметр 700 мм, масса около 80 кг), одновременно являющийся и ведущим шкивом двухступенчатой клиноременной передачи. Скорость его вращения - 80 об/мин (режим холостого хода) и 60 об/мин (под нагрузкой).

Для получения нужных генератору 700 об/мин введен промежуточный вал со шкивами: ведомым (D=150 мм) и ведущим (D=350 мм). С последнего крутящий момент передается уже на вал генератора постоянного тока. Шкив здесь, можно считать, ходовой (Z=130). А потому лучше взять его для нашей микроГЭС готовым. Например, подобрать подходящий со списанной сельхозтехники. Как, впрочем, и все предыдущее. Но можно также изготовить самостоятельно. По методике, неоднократно и с достаточной полнотой публиковавшейся в журнале, а потому - хорошо знакомой многим нашим самодельщикам.

Остальное в рассматриваемой конструкции, думается, ясно из самих иллюстраций.

Следует также отметить, что данная разработка микроГЭС (на 24 В и 800 Вт) с успехом была реализована на территории лесничества Кошава для обеспечения электроэнергией палаток туристской лесной базы в долине Шаса (600 метров над уровнем моря).

Разумеется, существуют и другие не менее ценные разработки. В том числе - выполненные в России. Но здесь техническую мысль издревле направляли на бесплотинное использование энергии свободно текущей воды.

В частности, в ряде документов, датированных еще XVI веком, указывается на строительство в казацких поселениях на Дону мельниц, вращаемых силой речного течения. Колесо этих мельниц, погруженное на 1/4 в стремнину, крепилось на валу между двух байдар или байдаков. По названию плавучей основы такие конструкции именуют с тех пор "байдачными". Причем дальнейшее развитие технической мысли в данном направлении стимулировала зародившаяся и все больше утверждавшая свое влияние в народном хозяйстве электротехника.

К сожалению, первая мировая, а затем гражданская война прервали научные исследования в этой области. И только в 1926 году (с ростом промышленности) идея недорогой, быстро создаваемой бесплотинной электростанции, использующей энергию речного течения для энергоснабжения колхозов, совхозов и крестьянских артелей, получила свое практическое развитие в конструкции "байдачной ГЭС инженера Б. Кажинского". За период с 1926 по 1930 год таких электростанций (см. рис. 4) было построено 11. Причем по вполне доступному для повторения сегодняшними самодельщиками проекту.

Рис. 4. Байдачная свободнопоточная мини-ГЭС конструкции инженера Б. Кажинского: 1 - дебаркадер деревянный на двух поплавках (катамаранного типа), 2 - колесо водяное, соединенное при помощи клиноременного мультипликатора с электрогенератором, 3 - помещение вспомогательное, 4 - растяжка с условно не показанным якорем (6 шт.), 5 - помещение техническое, 6 - линия электропередачи (воздушная двухпроводная). Особенности примененного здесь водяного колеса приведены в тексте

При диаметре водяного колеса 6 метров с 24 лопатками-лопастями (длина и ширина у них соответственно равны 4,5 и 1,0 м) на российских реках (со скоростью течения 1...1,5 м/с) "сердце" такой мини-ГЭС делает 10-12 оборотов в минуту, развивая на валу мощность до 6 кВт. Последняя (благодаря клиноременному мультипликатору) передается уже на электрогенератор.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

AirPods Pro с инфракрасными камерами 27.11.2025

Apple традиционно играет роль новатора, поэтому ожидания от следующего поколения AirPods Pro особенно высоки. Новая модель, над которой компания уже активно работает, должна не просто улучшить звук, но и расширить способы взаимодействия человека с цифровой средой. Одним из наиболее заметных нововведений станет появление чипа Apple H3. Сегодняшние AirPods Pro используют поколение H2, обеспечивающее высокую скорость обработки звука, однако переход к H3 обещает еще более точное шумоподавление и сокращение задержки при беспроводной передаче аудио. По данным источников, новая архитектура улучшит энергоэффективность, а также позволит чипу глубже интегрироваться с устройствами экосистемы Apple. Особенно это касается гарнитуры Vision Pro, которая получит более синхронную работу с будущими наушниками. Не менее интригующей выглядит вторая инновация - миниатюрные инфракрасные камеры, встроенные непосредственно в корпус AirPods. Специалисты предполагают, что эти сенсоры смогут фиксировать дв ...>>

ИИ нужно воспринимать как пользователя 26.11.2025

Искусственный интеллект постепенно перестает быть скрытым компонентом программных решений и выходит на передний план. Сегодня алгоритмы не просто помогают обрабатывать данные, но и активно участвуют в рабочих процессах, принимают решения, взаимодействуют с корпоративными сервисами и получают доступ к критически важной инфраструктуре. Такое расширение их возможностей заставляет специалистов по безопасности переосмыслить, что именно означает присутствие ИИ в цифровой среде. Президент по продуктам и технологиям Okta Рик Смит подчеркивает, что воспринимать ИИ исключительно как технологическую надстройку уже невозможно. По его словам, компании обязаны учитывать, что искусственные агенты становятся участниками процессов наравне с живыми сотрудниками, а значит, требуют аналогичных мер защиты. Он формулирует это предельно прямо: "Мы должны защищать клиентов не только от людей, но и от ИИ-агентов - относиться к ним как к пользователям". Однако многие организации продолжают рассматривать И ...>>

Случайная новость из Архива Умные окна на основе организма осьминога 13.02.2023 Люди придумали строить дома и здания, чтобы меньше зависеть от погоды и окружающей среды. Однако поддержание комфортных условий внутри требует непрерывных расходов на освещение, подогрев или охлаждение. По данным за 2021 год, на них приходится 30 процентов всей потребляемой в мире энергии, что создает около четверти всех выбросов парниковых газов. А продолжающееся глобальное потепление лишь увеличивает эти показатели. Основными каналами, через которые здания нагреваются в жару и охлаждаются на холоде, служат окна. Они пропускают лучи разных диапазонов волн, и вместе со светом тепло неизбежно проникает внутрь - или теряется впустую, уходя на улицу. Поэтому ученые и инженеры стараются создать более технологичные стекла, которые не мешали бы естественному освещению, но вместе с тем блокировали бы другие виды излучения. Например, они могут автоматически затемняться на ярком свету. Однако такие решения недостаточно гибки, и в идеале окно должно гибко менять пропускную способность. Такое окно может становиться прозрачным лишь для определенных волн, подстраиваясь под условия, чтобы обеспечить и нужную освещенность, и минимальные потери энергии. Именно такое решение продемонстрировала недавно команда из канадского Университета Торонто. Бенджамин Хаттон (Benjamin Hatton) и его коллеги продемонстрировали прототип из прозрачного пластика, между слоями которого заключена сеть трубочек диаметром около миллиметра. Сквозь них прокачивается жидкость с пигментами, делающими "стекло" непрозрачным для определенного диапазона излучения. В "окне" используются несколько таких слоев, в каждом из которых - свой пигментный раствор с собственными характеристиками. Контролируя течение жидкости в них, можно менять пропускные способности всей системы. По словам ученых, такое решение позаимствовано у природы. Точнее говоря, у кожи осьминогов, знаменитых своей способностью менять окраску. Это достигается за счет многослойной структуры, содержащей заполненные пигментом клетки-хроматофоры. Их "настройка" позволяет менять характеристики поглощения и отражения излучения, гибко меняя вид и окраску животного. Исходя из характеристик, полученных по результатам испытания прототипа, авторы подсчитали потенциальный экономический эффект от использования таких "окон". По этим оценкам, даже однослойная система, контролирующая прохождение волн ближнего ИК-диапазона, позволит снизить расходы на отопление и охлаждение на 25 процентов. А если к ней добавить слой, отвечающий за излучение видимого диапазона, то экономия может достичь уже 50 процентов.

Другие интересные новости:

▪ Вода - источник терагерцового излучения

▪ Мобильный телефон Ericsson K850i

▪ Солнечные монтажные конструкции из переработанных лопастей ветряных турбин

▪ Устройство Palette Cube точно определяет цвета

▪ Выражение собачьей морды зависит от внимания человека

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Защита электроаппаратуры. Подборка статей

▪ статья Выкидывать коленце (колено). Крылатое выражение

▪ статья Какие млекопитающие имеют социальную организацию наподобие муравьиной? Подробный ответ

▪ статья Берег Скелетов. Чудо природы

▪ статья Усилитель на микросхеме TDA1011, 6,5 ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья К174ХА42 - однокристальный ЧМ радиоприемник. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025