Мини- и микро-ГЭС — популярные конструкции и применение

Если взглянуть на промышленную энергетику сегодняшнего дня, если обратить внимание на динамику разработок в сфере альтернативной энергетики, то можно легко заметить, что здесь давно сформировался такой стереотип: равнинная река в принципе не пригодна для получения мощности на гидроэлектростанции.

Крупные ГЭС возводятся с применением оборудования, изначально разработанного для получения больших электрических мощностей на крутых перепадах или на горных реках, там где скорость потока воды доходит хотя бы до 2 м/с.

Генераторные установки для таких ГЭС не приспособлены для работы на относительно слабом течении равнинной реки. Для этих целей (для любых рек) продаются разве что походные игрушки для зарядки сотовых телефонов на пару ватт…

Конечно, возводить плотину для последующего строительства на ней промышленной ГЭС — мероприятие дорогое, окупаться будет долго, и вообще нет смысла налаживать традиционную ГЭС на равнинной реке. Если даже на равнинную реку установить обычный движитель, то его эффективность не позволит на малых оборотах получить нормальной мощности, тем более с учетом потерь на редукторе.

Наконец, те формулы, которые говорят что скорость воды менее 2 м/с не подходит для гидроэнергетики, просто не предназначены для применения к малым течениям. Здесь нужны иные формулы и иные подходы к генерации, чем на крупных промышленных ГЭС.

Представьте себе, как гидроустановки малой мощности могли бы обеспечивать электричеством труднодоступные районы нашей страны, и небольшие затраты на их возведение довольно быстро бы окупались. На небольших водотоках можно уже сейчас возводить мини- и микро-ГЭС. Как бы это повлияло на развитие альтернативной энергетики, потенциал которой в России реализован всего на долю процента?

Мини-ГЭС хватит для электроснабжения дачного поселка, усадьбы, хутора, фермерского хозяйства, расположенного недалеко от любой реки, куда однако невозможно проложить нормальную электрическую сеть. Даже на объектах водоснабжения и водоотведения можно в принципе устраивать микро-ГЭС. Мало того, конструкции небольших ГЭС уже давно зреют и созревают в умах неравнодушных, творчески настроенных людей.

Давайте рассмотрим наиболее популярные конструкции самодельных мини-ГЭС. Итак, небольшие малогабаритные ГЭС — это всегда проточные ГЭС мощностью от нескольких сотен Вт до нескольких десятков кВт, использующие энергию свободного течения реки, роторы которых могут быть устроены по разному. Есть три основных типа роторов для мини ГЭС: водяное колесо, гирлянда и пропеллер.

Водяное колесо устанавливают перпендикулярно реке, погружая его менее чем на половину лопатками в воду. Течение вращает колесо, врезаясь в лопатки, а колесо вращает ротор генератора (через карданную, зубчатую или иную передачу). Это наиболее простой и универсальный вид турбины для мини-ГЭС: они наименее громоздки, занимают наименьшую площадь, и обладают наибольшим КПД.

Такие колеса могут быть установлены на реке или даже на небольшом горном ручье. В самодельных моделях часто можно встретить в качестве генератора переделанный на постоянные магниты автомобильный генератор. Мощность колесных моделей достигает единиц киловатт.

Гирляндная ГЭС — это набор длинных тросов с закрепленными на них, один за другим, цилиндрическими роторами, которые переброшены с одного берега реки — на другой. Погруженные в воду роторы вращаются течением реки, приводя во вращение тросы, а тросы вращают ротор генератора через зубчатые передачи.

Такая конструкция достаточно материалоемка и в некотором роде опасна, поскольку перегораживает собой русло реки подобно плотине.

Разновидность данной идеи — роторы с лопатками на вращающейся оси, которая через кардан передает вращение на синхронный генератор. Генераторы такого рода изготавливают на единицы киловатт.

Пропеллер — похож на опрокинутый под воду, установленный в трубу, ветряк с тоненькими лопастями. Толщина лопастей и диаметр трубы зависят от скорости течения в месте монтажа ротора. Вращение здесь передается через редуктор на ротор генератора.

Этот тип турбины оказывается наиболее специализированным, поскольку турбина изготавливается строго под условия течения в месте монтажа, чтобы скорость воды в трубе увеличивалась.

Генераторы данного типа не только изготавливают самостоятельно любители, выпускаются они и промышленностью: одна японская фирма производит такие генераторы мощностью по 250 ватт.

Немаловажно энергетическое оборудование, устанавливаемое на мини-ГЭС. Оно должно работать согласованно с напором и скоростью течения, иметь стабилизацию и электронику с возможностью перехода на ручное управление, оснащенную всеми типами защит, в том числе от аварийных ситуаций.