Мастер построил сам ГЭС на малой реке
Сегодня покажем самодельную мини гидроэлектростанцию на малой реке. Эта гэс работает надежно. Чтобы создать перепад уровня воды, создана дамба. При этом река не перегорожена полностью. Основной поток уходит в сторону. Рыба и прочая живность могут спокойно перемещаться по ней. Под дамбой установлена труба, на выходе закреплена самодельная турбина. Поток воды малой речки, проходя через трубу, раскручивают эту турбину, передавая крутящий момент генератору.
Поначалу использовали водяные колеса, но, как показала практика, кпд у них ниже и мощность примерно вдвое меньше.
Сейчас перекроем воду в трубе, чтобы показать, как устроена турбина. Держится на двух подшипниках из дерева. Упорная шайба удерживает колесо бокового смещения.
На выходе трубы, чтобы направлять поток воды на лопатке, сделан своеобразный кожух из транспортерной и резиновой ленты, которая использовалась в шахте. Путём подбора установлено, что такая форма лопаток оптимальная.
Когда лопатки под большим углом, мощностью только уменьшилась. Чтобы они не отрывались и они не трескались вот вибрации, прикрутили, проложив резину.
Крутящий момент на генератор передается через вал, собранный из труб. На изгибах установлены гранаты от автомобиля ваз. В других местах нехитрые соединения.
Всё это держится на деревянных подшипниках, при регулярном смазывании работают уже не один год. Под навесом неподалеку установлен генератор. На валу большой шкив комбайна. Но генератор меньшего размера. Это позволяет повысить обороты, что необходимо для эффективной его работы. При желании ремень можно перекинуть на циркулярную пилу. Мощности водяной турбины вполне достаточно.
Гидроэлектростанция работает несколько лет.
За это время на ней испытаны множество генераторов. Например, на 6 квт. Лучшие результаты оказались у самодельного. Он сделан на базе трехфазного двигателя. Обмотки перемотанный толстым проводом на более низкое напряжение. Железный ротор на токарном станке. Туда закреплены на аквариумном силиконе неодимовые магниты. Выдаёт 600 ваттаэлектроэнергии. Круглосуточно, каждый час без перерыва. 
Рассказ об использовании самодельной электростанции.
Покажем, для чего пришлось подключить инвертор, аккумулятор и контроля заряда. Как работает гэс зимой в минус 30 под двухметровыми сугробами. Весной, когда приходит половодье. Поговорим о модернизации и увеличение мощности до нескольких киловатт, чтобы бесплатно пользоваться отоплением зимой.
Построена кустарными методами ГЭС на малой речке. Рассказали, из каких частей состоит агрегат, выдающий электроток для питания пасеки и дома.
Генерация у истоков
В последнее время в энергетической отрасли наблюдается некоторый всплеск интереса к малым ГЭС как к электростанциям, работающим на основе возобновляемых источников энергии. Эксплуатацию таких станций нельзя назвать новым делом для нашей страны, скорее, это хорошо забытое старое. Но, несмотря на то, что у малой гидроэнергетики в России долгая и славная история, сегодня мы вынуждены практически заново начинать освоение малых рек.
От водяных колёс
В России для производства электроэнергии малые реки активно использовали со второй половины XIX века. Сначала гидравлическую энергию преобразовывали в механическую с помощью водяных колёс, а позже, с появлением водяных турбин, водяные мельницы были замещены гидроэлектростанциями.
Вопрос о том, когда была построена первая ГЭС, достаточно спорный, но в ряде источников указано, что это была Зыряновская ГЭС на речке Берёзовке в Алтайском крае, созданная в 1892 г. под руководством инженера Николая Кокшарова. Предназначалась она для шахтного водоотлива из Зыряновского рудника. На станции были установлены четыре горизонтальные гидравлических турбины общей мощностью 150 кВт. Эта и многие другие первые ГЭС сооружались для обслуживания локальных потребителей – шахт, рудников, лесопилок и пр.
Малая Чемальская ГЭС – одна из достопримечательностей
Алтайского края
Первой же отраслевой ГЭС, т. е. работающей в энергосистеме, стала гидроэлектростанция «Белый уголь» на реке Подкумок. Она была построена в 1903 г. управлением Владикавказской железной дороги для энергоснабжения курортов Кавказских Минеральных Вод. Руководили строительством учёные, ставшие впоследствии знаменитыми: академики Генрих Осипович Графтио и Михаил Андреевич Шателен. Расчётный напор станции – около 15 м. Мощность станции была небольшой и на момент пуска составляла всего 990 л. с. (примерно 740 кВт). Тем не менее, её хватало на освещение четырёх городов, энергоснабжение трамвайных линий в Пятигорске и Кисловодске, а также питание насосов, качавших минеральную воду в санатории. В 1913 г. в параллель с «Белым углем» была включена Пятигорская тепловая электростанция.
В первые годы Советской власти особое внимание было уделено укреплению энергетической базы страны. Важная роль в этом отводилась гидроэлектростанциям, дающим электроэнергию независимо от доступности топлива и состояния транспорта.
К 1917 г. мощность всех 78 ГЭС России составляла около 16 тыс. кВт (из них только две имели мощность более 1 тыс. кВт – Алавердинская, 1,1 тыс. кВт, на р. Дебед и Гиндукушская, 13 тыс. кВт, на р. Мургаб). Кроме того, в стране насчитывалось до 2 тыс. мелких гидротурбинных установок общей мощностью около 90 тыс. кВт, работавших на механические приводы, и около 40 тыс. мельниц с водяными колёсами примерно по 10 л. с. каждая.
Научная база
Развитие малой гидроэнергетики дало толчок к изучению водного режима и условий формирования стока малых рек. В первые годы освоения малых рек гидротехнические сооружения проектировали без обоснования гидрологическими данными. Для расчётов принимали сечения либо недостаточные, либо слишком большие для пропуска воды, что нередко выливалось в разрушения ГТС или удорожание строительства. Известно довольно много случаев размыва плотин из-за перелива воды через их гребни. Причиной тому – ошибки в расчётах максимальных стоков рек.
Бывшая Дутшевская ГЭС на реке Сестре на границе
Московской и Тверской областей
У малых рек сток в течение года колеблется сильнее, чем у крупных, к тому же любое изменение в ландшафте водосбора реки быстро отражается на её поверхностном стоке (результате осадков и снеготаяния) и общем режиме питания. Весенний паводок может длиться всего несколько дней или даже часов, но этого времени вполне достаточно, чтобы разрушить плотину, если она неправильно рассчитана. Поэтому во время гидроэнергетического бума 1920–1930 гг. были очень востребованы разработки советских учёных-гидрологов Б. В. Полякова, Д. Л. Соколовского, В. Д. Комарова, С. Н. Крицкого, М. Ф. Менкеля, К. И. Россинского. По рекомендациям учёных была построена сеть гидрологических постов на малых реках, которая сегодня, увы, фактически разрушена. Последствия отсутствия контроля стока малых и средних рек мы могли наблюдать во время последних наводнений в Алтайском крае и Еврейской автономной области.
Рост, пик и закат
В послевоенные годы роль малых ГЭС возросла ещё сильней. Для восстановления разрушенного хозяйства на селе было широко развёрнуто гидростроительство. Только за 1945 г. была построена 641 малая ГЭС общей мощностью 18 тыс. кВт. К 1950 г. на селе действовало уже около 6 тыс. малых ГЭС суммарной мощностью 243 тыс. кВт (при средней мощности 40 кВт). Спустя два года (в 1952 г.) было достигнуто их максимальное число – 6614 единиц суммарной мощностью 322 тыс. кВт. Эти генераторы были необходимы для удовлетворения острой потребности в электроэнергии в экономически развитых районах страны. Удельный вес ГЭС в суммарной мощности электростанций, обслуживающих сельское хозяйство, составлял в 1950 г. 78%, в том числе малых ГЭС – 39%.
Разрушенная малая ГЭС на реке Иксе в Томской области
На следующем, качественно новом, этапе в развитии малой гидроэнергетики акцент был сделан на межколхозных ГЭС повышенной мощности – как более экономичных и надёжных в работе. В начале 1950-х ширилось строительство сельских ГЭС общего пользования, находящихся в ведении управлений Сельэлектро, а также межколхозных ГЭС, позволяющих обеспечить электроэнергией колхозы и совхозы целого района. Например, в Рязанской области была возведена Рассыпухинская ГЭС мощностью 2 тыс. кВт, в Узбекской ССР – Кудашская ГЭС мощностью 5 тыс. кВт, в Ставропольском крае – Новотроицкая ГЭС мощностью 3,9 тыс. кВт и т. д. В 1951–1953 гг. в стране было построено 111 сельских ГЭС общего пользования средней мощностью 440 кВт и 116 межколхозных ГЭС средней мощностью 300 кВт каждая.
Однако уже в середине 1950-х интерес к малой энергетике угас в связи с началом крупного энергетического строительства и созданием единой энергетической системы страны. В её рамках малые ГЭС оказались неэффективными. Прекратилось проектирование, строительство и изготовление оборудования и запасных частей для малой гидроэнергетики, начался массовый вывод малых ГЭС из эксплуатации. В 1962 г. число малых ГЭС сократилось до 2665. Отметим, что строительство и эксплуатация уже действующих станций в те годы сворачивались и в других промышленно развитых странах, в том числе США, Франции, Японии. В США, например, было закрыто 3000 малых ГЭС.
Быстринская малая ГЭС обеспечивает электроэнергией
одноимённый район на Камчатке
В конце прошлого столетия вновь оживился интерес к малым гидроэлектростанциям, но из-за распада СССР, перестройки экономики, перехода на рыночные отношения, отсутствия государственного финансирования, а также резкого снижения потребности в электроэнергии возрождения подотрасли не произошло. В результате строительство объектов малой гидроэнергетики было свёрнуто, а многие действовавшие станции – законсервированы.
Новый курс
Сегодня в России действует всего несколько сотен малых ГЭС. В 1997 г. авторы Федеральной целевой программы «Топливо и энергия» предприняли первую попытку возродить малую гидроэнергетику. Полностью выполнить планы не удалось из-за недостаточного бюджетного финансирования. Однако подвижки всё же есть: начато строительство малых ГЭС мощностью 660 кВт в Республике Тыва и на Алтае. Завершено строительство малой ГЭС с тремя гидроагрегатами на р. Мочен-Бурей в Тыве и на р. Каиру на Алтае. В Башкортостане построены Мечелинская МГЭС общей мощностью 445 кВт, Слакская МГЭС мощностью 112 кВт, микроГЭС на реках Авзян и Гута мощностью по 75 кВт.
Несмотря на финансовые проблемы, сегодня продолжается строительство новых и восстановление действовавших прежде, но остановленных и частично разрушенных малых ГЭС. Большинство проектов обходится без федерального финансирования. Средства привлекаются из местных бюджетов, от спонсоров и частных инвесторов. В новом строительстве преобладают микроГЭС с единичной мощностью агрегатов от 10 до 50 кВт, объединённые в системы по 2–5 единиц, и малые ГЭС с единичной мощностью агрегатов от 200 до 550 кВт, объединённые в системы по 2–7 единиц.
Следы былого величия. Что осталось от Булгаковской ГЭС
на реке Наре на границе Калужской и Московской областей
По мнению ряда специалистов, в едином комплексе целесообразно совмещать малые ГЭС, ветровые, солнечные и биогазовые установки для компенсации свойственных этим энергоисточникам суточной и сезонной неравномерности выработки электроэнергии (см. статью на с. 7. в этом номере. – Прим. ред.).
Также отметим, что строить малые ГЭС рационально там, где социально-экономические условия и перспективы развития местного производства недостаточны для большой энергетики. Роль малых ГЭС особенно велика в отдалённых регионах (Восточная Сибирь, Камчатка, Дальний Восток, горные районы) с рассредоточенными потребителями энергии. Преобладающие здесь дизельные электростанции работают на солярке, а она с каждым годом обходится всё дороже.
Несмотря на то, что потребность в малой гидроэнергетике существует объективно, темпы её возрождения в России весьма скромные. Сказывается отсутствие проработанной законодательной базы и унифицированного отечественного оборудования для малых ГЭС. Однако недавнее решение государства обеспечить поддержку их строителям с помощью механизма договоров о предоставлении мощности позволяет надеяться, что в ближайшие годы всё изменится.
Безплотинная Мини-ГЭС Линева производит 11 кВт при скорости течения реки 1 м/с (видео)
Мини-ГЭС — безплотинный гидроэнергоблок Ленева — при скорости течения реки 1 м/с установка мини-ГЭС размерами 1,5*0,7*0,6 м производит 11 кВт.
Мини-ГЭС — гидроэнергоблок Ленева Н.И. использует оригинальный, ранее не использовавшийся ни в одной из существующих конструкций, способ получения энергии как из водного потока любого вида (рек, ручьёв, приливов, морской волны и т.д.), так из движения воздушных масс. При этом используется естественный поток, без предварительного преобразования (строительства дамб, каналов, напорных труб).
Данный способ отъёма мощности водного потока является наиболее выгодным и с экологической точки зрения, так как совершенно не нарушает естественного русла реки, занимая от 1% до 10% площади, тем самым, не препятствуя свободному перемещению речной фауны и флоры в отличие от существующих ГЭС.
Мини-ГЭС — гидроэнергоблок Ленева представляет собой систему (два ряда) лопастей прямоугольной формы (плоская пластинка) оси которых делят их на две (1/2) не равные части, большая из которых всегда (за счёт действия потока) находится за осью дальше по потоку. Тем самым достигается минимальное её вращение вокруг своей оси и, следовательно, наименьшие турбулентные завихрения.
Оси лопастей, своей верхней и нижней частями, в свою очередь, закреплены на верхней и нижней, замкнутых в кольца — цепях ПРЛ (либо на любом другом гибком элементе). Цепи передают усилие через звёздочки (рабочие колёса) на два вертикальных вала, с которых механическая энергия движущейся среды (воды, воздуха и т.д.) через гибкую муфту и промежуточный вал передаётся на валы электрогенераторов. Валы установки через подшипники скольжения (качения) жёстко закреплены на каркасе гидроэнергоблока, имеющим закрытые на 2/3 боковые и глухую нижнюю стенки, что не препятствует поступлению дополнительной воды из окружающего потока через верх и 1/3 боковых стенок гидроэнергоблока.
Положение лопастей по отношению к основному потоку регулируется неподвижными направляющими для цепи и подвижными для большей из сторон лопасти, а, меняя расстояние между подвижной направляющей для лопасти и неподвижной для цепи, мы задаем необходимый угол поворота между лопастью и направлением основного потока от 00 до 450, добиваясь тем самым оптимального режима работы гидроэнергоблока либо останавливая её полностью. Таким образом, поток воздействует на лопасть фактически перпендикулярно, под 900.
Один из валов гидроэнергоблока имеет натяжное устройство, регулирующее натяжение цепей. Лопасти должны иметь свободу вращения на своих осях, а оси так же свободно вращаться в креплениях к цепям. Между лопастью и местом крепления к цепи на осях должны устанавливаться ролики, которые и будут катиться по неподвижным направляющим, удерживая тем самым цепь постоянно в перпендикулярном положении относительно направления основного потока.
Размеры блоков мини-ГЭС не ограничены. Определяются требуемой мощностью и размерами реки. Как пример, возьмём: ширина — 1200 мм, глубина — 700 мм, длина — 1250 мм, т.е. объём — 1 м3. Он позволяет разместить в нём 3 установки с 17 лопастями в каждой, имеющих, в свою очередь: ширину — 150 мм и глубину — 500 мм, т.е. каждая площадью — 0,075 м2. Так как две лопасти всегда будут находиться на поворотах, тогда общая рабочая площадь одной установки гидроэнергоблока — 1,125 м2, сумма 3-х установок мини-ГЭС в одном каркасе (1 м3 потока) будет — 3,375 м2.
Частота вращения валов – всего 30-60 оборотов в минуту.
Именно такая конструкция гидроэнергоблока позволяет наиболее полно использовать каждый кубический метр потока движущейся среды, возникающие центробежное и центростремительное ускорения, значительно увеличивающие как скорость движения потока, так и действие силы тяжести разделённого на секции потока движущейся среды, в нашем случае — реки.
Материалоёмкость одного киловатта мини-ГЭС в зависимости от используемых материалов на изготовление будет варьироваться от нескольких сот грамм (пластмасса, сверхвысокомолекулярный полиэтилен) до 2-3 кг (сталь) на 1 кВт установленной мощности.
Принцып работы Мини-ГЭС :
Гидроэнергоблок Ленева Н.И. создаёт перед собой небольшой подпор сантиметров 10 при скорости потока 1 м/сек., а за собой – разряжение и потому на лопасть вода, падая с этого подпора, воздействует уже с иной скоростью, чем в окружающем потоке. При наличии ещё и разряжения на выходе установки мини-ГЭС поток под действием центробежной силы и гравитационной постоянной увеличивает свою скорость! Гидроэнергоблок работает, как насос.
— увеличенная рабочая площадь гидроэнергоблока. В установке мини-ГЭС нет ни одной лопатки, которая бы не работала в каждый отдельно взятый момент или противодействовала работе остальных. Лопасти расположены двумя рядами, каждый из которых является рабочим. На развороте – лопасти также работают,
— форма установки создает модульность конструкции гидроэнергоблока, что позволяет строить более крупные ГЭС из миниблоков для небольшого, среднего и крупного потребителя,
— рабочие лопатки гидроэнергоблока расположены по отношению к движущемуся потоку под оптимальным углом в 45 градусов. Тем самым мини-ГЭС не только не останавливает движение воды, отнимая у неё всю энергию, но и провоцирует возникновение дополнительных сил, значительно увеличивающих мощность водного потока, а, соответственно, и нашей самой установки мини-ГЭС,
— безопасна для окружающей среды,
— используются два вала со множеством рабочих лопаток, что позволяет сосредоточить всю механическую энергию на цепи (тросе, фале, ленте и т.д.) и снимает необходимость изготовления лопаток, валов и прочих элементов особой прочности и точности.