Чуть раньше в статье о возможности обустройства автономного жилья уже шла речь о компактных частных гидростанциях. Понятно, что сделать такую станцию можно только при наличии рядом реки или хотя бы крупного ручья, то есть проточной воды. Давайте разберемся с возможными конструкциями и способами повысить энергоэффективность частной ГЭС.
Один из самых простых как в изготовлении, так и в эксплуатации (но не самый эффективный, к сожалению) вариант - водяное колесо. Такую конструкцию использовали очень давно, не превращая механическую энергию в электрическую. По сути дела, это был один из первых двигателей постоянного действия.
По сути это сдвоенное колесо, два обода которого насажены на длинную ось. Между ободьями закреплены под определенным углом лопасти. Вода, падая сверху на лопасти (как показано на фото выше) или толкая их снизу, вращает колесо. Вращение передается на ось. Далее полученное вращательное движение можно использовать либо для работы любого другого механизма, либо превратить в электроэнергию.
Ниже приведен чертеж достаточно простого водяного колеса. Оно предназначено скорее для декоративной мельницы, чем для реальной работы, однако небольшие скорости потока вполне выдержит - следовательно, может давать энергию.
Для того, чтобы преобразовать механическую энергию вращения колеса в электроэнергию, потребуется генератор, причем низкооборотистый высокомоментный. Можно поставить между валом и генератором редуктор, чтобы повысить обороты, однако при этом упадет КПД конструкции, и так не очень высокий.
Считается, что достаточной мощности и скорости потока можно получить 2...3 кВт*час. Однако со скоростью потока на равнинных реках и ручьях сразу же возникают вопросы. Уточнить скорость несложно: достаточно бросить в воду ветку или другой плавучий предмет и засечь время, за которое он проплывает 10 м. Далее делим 10 м на количество секунд. Если скорость выходит менее 1 м/с - толку будет мало. Ориентировочно скорость потока 1 м/с дает 0,14 кВт*час, 2 м/с - 0,55 кВт*час, а 4 м/с - уже 2,2 кВт*час. Цифры, разумеется, очень приблизительные, поскольку КПД сильно зависит также от конструкции и размеров водяного колеса.
Ускорить поток можно. Для этого есть несколько вариантов:
- сделать плотину. Это удобно на небольшом ручье. Поток воды направляется в сравнительно узкое отверстие, возрастает скорость и мощность;
- искусственно сузить русло. То же самое, но берега придется основательно укрепить - вода будет постоянно размывать их;
- организовать перепад высот;
- сделать отвод от основного русла. Этот способ подходит для крупных ручьев, рек. При этом не обязательно делать прямой отвод. Приложив больше усилий и устроив завиток-воронку, можно получить значительно больше энергии.
Последний вариант наиболее эффективен, причем для небольших количеств энергии достаточно небольших объемов участка-воронки. Колесо, естественно, располагают так, чтобы ось была вертикальной.
Аналогично ставят водяное колесо в узких желобах, хотя можно разместить ось и горизонтально.
Если отвод выполнен в виде трубы, удобнее использовать верхнебойное колесо (вода падает на лопасти сверху).
Стоит отметить, что у водяных колес есть ряд существенных проблем:
- малая эффективность при низкой скорости потока;
- необходимость обеспечивать свободное вращение оси - при постоянном уровне влажности (брызги, капли воды) обычные шариковые или роликовые подшипники на валу не слишком удобны;
- и самое главное - в холодное время года, когда река/водоем замерзают, ГЭС останавливается...
Уважаемые читатели! Наверняка многие из Вас задумывались о конструкции таких микро-ГЭС или имеют опыт их обустройства и эксплуатации. Пожалуйста, поделитесь своими соображениями о том, насколько они эффективны и целесообразны!