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:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Одночиповый пакетный процессор для преобразования сигналов 27.03.2003 Компанией ZARLINK SEMICONDUCTOR объявлено о выпуске одночипового пакетного процессора для преобразования сигналов TDM в сигналы Metro Ethernet. Этот процессор позволит передавать по сетям Ethernet большие объемы данных. Он может работать одновременно с 32 линиями T1 /E1 или с 1024 цепями TDM. Процессор очень гибок, он позволяет каждому каналу T1/E1 работать со своей синхронизацией.

Другие интересные новости:

▪ Суперяхта на водородном двигателе

▪ Самосклеивающийся каучук

▪ 7-нм процессор ARM для самоуправляемых авто

▪ Смятый графен для искусственных мышц

▪ Женщины испытывают меньше боли, если рядом мужчина

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Передача данных. Подборка статей

▪ статья Соломонов суд. Крылатое выражение

▪ статья Какие языки не имеют родственных себе языков? Подробный ответ

▪ статья Технический директор. Должностная инструкция

▪ статья Измеритель резонансной частоты динамической головки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Приборы селекции частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025