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:

Компас голубя оказался в его печени 09.06.2026

Ученые десятилетиями пытались разгадать секрет невероятной способности почтовых голубей преодолевать сотни километров и безошибочно возвращаться домой. Они искали магнитные сенсоры в клюве, глазах, ушах и мозге, однако ответ оказался совершенно неожиданным. Международная команда биологов обнаружила, что внутренний компас этих птиц находится в печени. Именно там расположены особые иммунные клетки, насыщенные железом и способные воспринимать магнитное поле Земли. Исследование провели доктор Кливия Лисовски (первый автор), профессор Кристиан Куртц из Университетской больницы Бонна и профессор Мартин Викельски из Института поведения животных имени Макса Планка. В работе также участвовали специалисты из Университета Дуйсбург-Эссен. Ученые выяснили, что макрофаги печени голубей накапливают железо из отработанных эритроцитов и приобретают суперпарамагнитные свойства, превращаясь в миниатюрные магнитные датчики. Ранее существовало несколько гипотез о расположении магниторецепторов у птиц ...>>

4K лазерный проектор Acer HL6820GTV 09.06.2026

Компания Acer пополнила свою линейку домашних кинозалов новой моделью. Проектор HL6820GTV - это 4K лазерное устройство, которое имеет встроенное Google TV и поддерживает игровые функции, в том числе переменную частоту обновления до 144 Гц. Он будет доступен в регионе EMEA в третьем квартале 2026 года по стартовой цене 1399 евро. Проектор использует DMD-панель размером 0.47 дюйма для воспроизведения разрешения 4K UHD (3840 x 2160). Вместо традиционной лампы он оснащен лазерным источником света. Acer заявляет, что это позволяет устройству достигать яркости 4 000 ANSI люменов в стандартном режиме, что делает его пригодным для использования в помещениях с рассеянным дневным светом.Портативные компьютеры и ноутбуки Также предусмотрен режим Eco, который уменьшает яркость до 3200 люменов, снижает уровень шума вентилятора до 29 дБА и увеличивает ожидаемый срок службы лазера с 20 000 до 30 000 часов. По данным компании такая лазерная конфигурация потребляет на 35% меньше энергии, чем ламп ...>>

Дороги из пластикового мусора 08.06.2026

В условиях стремительной урбанизации и роста потребления пластиковой упаковки многие развивающиеся страны сталкиваются с острой проблемой накопления отходов. Непал не стал исключением: в крупных городах, таких как Катманду и Покхара, инфраструктура переработки не успевает за объемами мусора, значительную часть которого составляет трудноутилизируемый пластик. В ответ на этот вызов местные инициативы предлагают оригинальное решение - превращать пластиковые отходы в материал для строительства дорог. Организация Green Road Waste Management, основанная Бималом Бастолой и его командой, активно реализует проект по созданию "пластиковых" дорог. Для производства специального асфальта используются упаковки от снеков, печенья и другие виды низкосортного пластика, которые обычно отправляются на свалки. По данным участников проекта, на строительство одного километра дороги требуется около двух тонн измельченного пластика. Технология довольно проста по своей сути. Пластиковые отходы измельчают ...>>

Случайная новость из Архива Построен высокотемпературный сверхпроводящий токамак 16.06.2024 Термоядерная энергетика - одно из самых перспективных направлений современной науки, и китайская компания Energy Singularity сделала значительный шаг в этой области, создав первый высокотемпературный сверхпроводящий токамак HH70. Эта установка, расположенная в восточном районе Шанхая, стала первым в мире сверхпроводящим токамаком, построенным частной компанией, что является важным достижением как для Китая, так и для мировой науки. Токамак представляет собой сосуд в форме пончика, который использует магнитные поля для удержания плазмы. В таких условиях можно достичь необходимой температуры для термоядерного синтеза, при котором атомы водорода сливаются, образуя гелий и выделяя огромное количество энергии. Это явление лежит в основе солнечной энергии и может стать ключом к созданию практически неограниченного источника чистой энергии на Земле. Компания Energy Singularity стремится доказать, что токамаки не обязательно должны быть гигантскими и дорогостоящими. Согласно отчету CGTN, их установка HH70 меньше и дешевле существующих аналогов. Это стало возможным благодаря использованию высокотемпературного сверхпроводящего материала REBCO, который представляет собой тонкие ленты из оксида редкоземельного бария и меди. Эти ленты можно производить в больших масштабах, что снижает затраты на их закупку и использование. Уникальность токамака HH70 заключается в его способности работать при высоких температурах, используя инновационную магнитную систему на основе материала REBCO. Это позволяет создавать компактные и экономичные термоядерные установки. Energy Singularity утверждает, что их технологии позволят сократить объем термоядерных установок примерно в 50 раз по сравнению с существующими токамаками. Эффективность термоядерных реакторов измеряется с помощью коэффициента Q, который представляет собой отношение производимой энергии к энергии, необходимой для поддержания реакции. На данный момент наивысшее значение Q, достигнутое в токамаках, составляет 1,53. Однако Energy Singularity ставит перед собой амбициозную цель создать токамаки со значением Q, равным 10, что будет значительным прорывом в термоядерной энергетике. Планы компании включают строительство токамака следующего поколения к 2027 году и демонстрацию своей технологии к концу десятилетия. Это позволит не только подтвердить жизнеспособность их подхода, но и откроет путь к коммерческому использованию термоядерной энергии. Создание первого высокотемпературного сверхпроводящего токамака компанией Energy Singularity представляет собой значительный шаг вперед в области термоядерной энергетики. Инновационные материалы и компактный дизайн установки HH70 демонстрируют, что эффективные термоядерные реакторы могут быть доступными и масштабируемыми. Успешная реализация этих технологий может привести к революции в энергетике, предоставив человечеству почти неограниченный источник чистой энергии.

Другие интересные новости:

▪ Технология печати трехмерных объектов из жидкости

▪ Мощный усилитель MSA260 с ШИМ модуляцией

▪ Samsung MMS 8 Gb

▪ Высчитана масса самого легкого нейтрино

▪ Кольцо следит за пульсом

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиолюбительские расчеты. Подборка статей

▪ статья Акустические колебания. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Самцы каких животных могут притворяться самками? Подробный ответ

▪ статья Нулевой меридиан. Советы туристу

▪ статья Система управления двигателем Digifant. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Пять колец на шнурках. Секрет фокуса

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026