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:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Случайная новость из Архива Термоустойчивая память для межпланетных экспедиций 28.07.2019 Исследования двух ближайших к Солнцу планет - Меркурия и Венеры всегда осложнялись тем фактом, что условия на их поверхностях носят чрезвычайно неблагоприятный характер. Например, Меркурий может нагреться до 430°C, а Венера, из-за особенностей атмосферы - и того больше. Поэтому любые аппараты, изучающие эти небесные тела вблизи, должны быть подготовлены соответствующим образом. Современная электроника очень чувствительна к нагреванию, и температура в сотни градусов Цельсия для нее губительна. Тем не менее, ученые уже много лет бьются над решением этой проблемы и, похоже, они достигли определенных успехов. Так, сотрудники университета штата Аризона недавно сообщили о разработке в рамках финансируемой NASA программы HOTTech модулей электроники следующего поколения, на базе которых удалось создать элементы памяти, способные выдерживать высокие температуры - вплоть до 300°C и даже выше. В качестве материала основы для создания высокотемпературной электроники был взят нитрид галлия. Дело в том, что кремний, который традиционно используют для создания микропроцессоров и модулей памяти, имеет относительно низкую ширину запрещенной зоны (этот показатель определяет минимальную энергию, необходимую для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости) - всего 1,12 эВ. В то же время, для нитрида галлия она равна 3,4 эВ, что позволяет устройствам нормально работать при гораздо более высоких температурах. В то же время, отмечается, что это не единственный полупроводниковый материал с широкой запрещенной зоной, изучаемый в рамках программы создания высокотемпературной электроники. Еще один достойный кандидат с широкой запрещенной зоной - это карбид кремния. Запоминающее устройство было изготовлено путем химического осаждения из паровой фазы на подложке из нитрида галлия. В ходе испытаний, модуль памяти показал стабильную работу во всем диапазоне от 25 до 300°C. При повышении температуры до 350°C контроль над процессами был утрачен, но он восстановился после того как температура снизилась до комнатной. Таким образом, даже в случае запредельного нагрева сам модуль памяти не будет потерян, хотя на время перестанет нормально работать. В то же время, как отмечает Юджи Чжао, результаты работы являются промежуточными и следующим этапом будет создание модулей памяти, способных выдержать до 500°C в штатном режиме, а с такой электроникой уже можно исследовать поверхность хоть Венеры, хоть Меркурия.

Другие интересные новости:

▪ Поезда на водороде

▪ Kodak Zi8 Pocket Video Camera

▪ Топливо из воздуха

▪ Во время игры мозг родителей и младенцев синхронизируется

▪ Микроантенны для интерфейса мозг-компьютер

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Должностные инструкции. Подборка статей

▪ статья Иоганн Якоб Энгель. Знаменитые афоризмы

▪ статья У какой птицы больше всего перьев? Подробный ответ

▪ статья Лозинка. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Радиоигра Найди мину. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Генератор двух образцовых частот для синтезаторов вещательных передатчиков. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026