Здравствуйте, друзья!
В последних статьях мы разбирали рентабельность "зеленой" энергетики, в частности солнечной и ветрогенерации. Теперь очередь дошла до гидро или водной генерации, а именно получение электроэнергии с помощью движения воды.
К сожалению, гидрогенерация не так доступна как генерация с помощь энергии ветра или солнца ввиду того, что река есть не везде, но я провожу расчет для небольшого домика в дереве, а у меня в непосредственной близости есть река, причем река с быстрым течением.
Напомню небольшую вводную. У меня есть небольшой домик в деревне, для которого мы будем вырабатывать электроэнергию используя возобновляемые источники в таком объеме, что бы можно было комфортно проживать в нашем домике круглый год. Ветрогенерация и гелиогенерация оказались очень дорогим удовольствием.
Для начала немного теории. Мы сейчас будем говорить о мини-ГЭС. Гидроэлектростанции бывают несколько видов по принципу действия:
1. Водяное колесо. Это один из древнейших и простейших вариантов ГЭС. Электроэнергия вырабатывается за счет движения силой воды колеса, которое соединяется с генератором, который вырабатывает электричество.
2. Гирляндная конструкция – в данной варианте устройства с противоположных берегов прокладывается трос, на который жестко крепятся роторы. Массы воды поступательно перемещаясь вращают роторы. Вращательное движение роторов передается на трос, который, в свою очередь, вращаясь передает свое вращательное движение на вращательное движение генератора. Генератор устанавливается на берегу.
3. С ротором Дарье. Данный вид ГЭС представляет собой подобие ветряка, только установленного под водой.
4. С различными турбинами. Принцип работы турбины, как я ее понимаю, в ГЭС заключается в следующем - за счет сужения подводных путей увеличивается скорость потока воды, которая под давлением попадает на крыльчатку механизма, который в свою очередь соединен с генератором электроэнергии. Есть различные варианты строения турбин (Каплана, Фрэнсиса, Пэлтона).
Одним из несомненных плюсов ГЭС то, что простейшую конструкцию с водяным колесом можно сделать самостоятельно. Плюс эта конструкция прекрасно подойдет для равнинных рек со спокойным течением, которые преобладают в центральной полосе России.
Для сооружения ГЭС с турбинной конструкцией нужно организовать отвод части воды от основного русла реки или перепад высот, что не всегда можно сделать. Ротор Дарье, тоже довольно интересная конструкция, но есть сомнения в его долгой живучести в условиях заиленных российских водоемов. А гирляндная конструкция требует перекрытия русла реки, что может помешать движению по реке.
Значит для нашего теоретического эксперимента возьмем за основу ГЭС с водяным колесом, как наиболее просто вариант.
Так как мы считаем усредненных вариант выработки электроэнергии для среднестатистического россиянина, а не мой конкретно, то возьмем среднюю скорость течения реки для средней полосы России, а это от 0,5 до 1 метра в секунду. Определить скорость течения можно самостоятельно кустарным способом - кидаем в реку что-то легкое и плавающее и засекаем сколько метров это что-то проплывет за минуту. Делим полученное расстояние на 60 секунд и получаем нашу скорость потока в секундах. Для моей реки эта скорость оказалась около 1 метра в секунду.
Так, теперь надо вспомнить сколько электроэнергии нам нужно. Комфортный объем электроэнергии в месяц мы определили в 1 000 кВт в месяц с максимальной нагрузкой в 4 кВт. Этот объем электроэнергии взят с запасом на полную электрификацию нашего дома, сада и прочего, прочего, прочего.
Плюсом гидрогенерации является то, что скорость течения реки приблизительно одинаковая в течении всего года и не меняется ни днем, ни ночью, значим выработка электроэнергии будет более предсказуемой. Но тут же кроется огромный минус - зимой реки замерзают, а значит зимой наша ГЭС на основе водяного колеса работать не будет. Исходя из того, что нашим первоначальным условием было круглогодичное проживание в доме, то надо использовать другой способ.
На этом можно было бы закончить статью, но давайте все-таки посчитаем столько электроэнергии может дать ГЭС с водяным колесом.
Для этого нам нужно понимать, а какого размера должно быть водяное колесо у нашей ГЭС? Для расчета выработки электроэнергии с помощью водяного колеса на просторах интернета была найдена формула:
где N - количество электроэнергии в Вт, V - скорость потока воды, D - диаметр водяного колеса.
Нам нужно найти D для наших условий
В первой статье мы приводили таблицу расчета потребности электроэнергии в течении дня. Здесь она тоже будет уместна.
Вот только вместо параметра мощность ветряка мы будем иметь ввиду мощность ГЭС. То есть в нашу вторую формулу мы подставляем следующие значения: N = 1400 Вт. V = 1 м/с и получаем диаметр колеса, который нам подходит 3.42 метра. Для сравнения - потолки в обычной квартире 2.4. Колесо получается прямо скажем очень заметное. Но вполне реализуемое к постройке даже в домашних условиях. Есть еще вариант уменьшения размера колеса, но увеличения количества этих колес, но тут я не знаю какая будет скорость потока за первым водяным колесом и получится ли снять со второго колеса такой же объем электроэнергии. Тут надо пробовать.
Итак, перейдем к экономике нашего мероприятия.
Водяное колесо можно сделать либо из дерева, либо из металла. Будем делать по старинке из дерева, а именно из влагостойкой фанеры толщиной 1.8 мм. Путем не сильно хитрых вычислений у меня вышло, что нужно 13 листов, а это около 40 тысяч рублей денег, столько же заложим на работу по строительству этого колеса. Итого - 80 тысяч рублей.
Генератор нам подойдет на 150 ампер, а это еще около 15 тысяч рублей.
На хранение электроэнергии нам потребуются аккумуляторы и для наших нужд их надо будет 3 больших АКБ по 200 Ач а это 30 000 руб. за шт. или 90 тысяч рублей. В расчете ветрогенерации я использовал другие АКБ и их вышло больше и дороже. Так что ту статью можно немного скорректировать.
Преобразователь остается тот же и по той же цене, а это 67 тысяч рублей.
Справедливости ради хочу сказать, что можно отказаться от генераторов постоянного тока в пользу генераторов переменного тока, который будут сразу выдавать напряжение в 220 вольт и тогда не нужно ее преобразовывать из 12 в 220. Правда для хранения все равно нужны будут АКБ, а это 12 вольт. Так что мы ничего не выиграем в итоге.
Итого: 80 тысяч водяное колесо + 15 тысяч генератор + 90 тысяч АКБ + 67 тысяч интвертер + около 80 тысяч монтаж всего этого = 332 тысячи рублей.
При условии, что мы вложились один раз и больше ничего не вкладываем, окупаемость данного проект составит 5 лет (из расчета 5 рублей за киловатт). Вот эта цифра уже куда более симпатичная, если не проблема с зимней эксплуатацией водяного колеса.
Итак, друзья, что же нам удалось выяснить. На мой взгляд, гидроэнергетика наиболее дешевый и перспективный способ получения электроэнергии. Но есть проблема с зимней эксплуатацией. Реки в нашей полосе находятся подо льдом около 4 месяцев. Организация электростанции на водяном колесе в зимнее время невозможна, но если есть возможность устроить электростанцию с турбиной за счет падающей воды, а это позволит эксплуатировать электростанцию круглый год.
Надеюсь данная статья была для вас полезной и интересной. Подписывайтесь на канал, друзья.