Расчет мини гэс: Гидротехническое бюро — Расчет мощности малых ГЭС

Расчеты параметров ГЭС | Малая и микрогидроэнергетика

1

Для справки.
Теоретическая мощность «идеальной» ГЭС можно посчитать по формуле:

N= p * Q,
где N — мощность, в ваттах
p — давление перед турбиной, в паскалях
Q — расход воды, в м3 в секунду.

Давление 10 метрового столба воды составляет 1 атмосферу или 100 000 паскалей.
1 литр составляет 1/1000 м3

Например,
ГЭС, потребляющая 45 литров в секунду (0,045 м3/сек) и работающая на
перепаде 2 метра (20 000 паскалей), по вышеуказанной формуле может
выдать 900 Ватт.

Реальные турбинные колёса небольших мощностей выдают 30-50% от теоретического значения.

От данной отправной точки можно строить свои предположения. хватит ли Вам
вашего ручейка только на светодиодные лампочки или всё же на
электроинструмент и бетономешалку…

 

«Бесплотинные ГЭС

— их мощность можно примерно оценить как

N = 120* V(куб)*D (квадрат)

где N — мощность, ватт, V- скорость течения, в метрах в секунду, а D — диаметр колеса, в метрах.
Это
— для хорошо сделанного винта. Для колес по типу старых водяных мельниц
мощность считается по площади сечения лопаток, которая омывается водой.

Как
мне кажется, безплотинные ГЭС можно использовать при скоростях где-то
от 0,7-1 м/с, а такие скорости в центральной России встречаются довольно
редко (почти нигде). А если и встречаются, то там может оказаться
мелко. То есть, должно крупно повезти, чтобы была возможность
пользоваться такой установкой. Но я, например, знаю людей, которым
повезло.»

http://ecovillage.narod.ru/energy/energy.htm

За правильность формулы не ручаюсь (она, в отличии от плотинной ГЭС скорее эмпирическая), но сайт вполне адекватный.

Путём
модельного расчёта при скорости течения в 1 м/c (бОльшие скорости —
скорее экзотика для большинства рек) получаем на 1 кВт мощности станции
диаметр колеса ГЭС в 2,9 метра.

А вот если Вам повезло и скорость
течения у Вас в ручье уже хотя бы 2 м/с, то диаметр колеса киловаттной
станции ужмётся до 1 метра.  Можно и плотину не ставить — а просто отобрать достаточный для Вашей ГЭС поток воды в обычную трубу.

Называется всё это чудо «Деривационная ГЭС».

Вот схемка: http://bse.sci-lib.com/particle007175.html

Используются
такие ГЭС в основном в горных районах, где, кроме функции получения
электроэнергии, служат ещё и для регуляции паводкового и ливневого
стока.

Например, на Западной Украине сейчас, по моим сведениям,
стоит брошенными около 70 малых ГЭС, построенных во время Сталина. При
желании могу найти человека с явками и паролями для интересующихся
возродить там любую из таких ГЭС.

На формулу расчёта мощности
способ подвода воды к гидроагрегату влияния не оказывает. Скорее, подвод
в трубе немного уменьшит напорный уровень ГЭС за счёт трения воды в
трубе.

Охрана подающих труб, безусловно, находится в ведении владельца ГЭС.

Так, например, при уклоне в 5% длина подводящего канала деривационной ГЭС с перепадом в 2 метра составит 40 метров.  Проблема в том, реки обычно не текут «по уклонам», а уже заранее выбрали весьма извилистые пути с минимальными уклонами.

Например,
в районе Днепропетровска река Днепр имеет отметку +51 метр при
расстоянии от устья в 480 км. А теперь посчитайте уклон в процентах…

И такую ситуацию Вы получите в 95% малых рек и ручьёв в европейской части России и Украины — за исключением Карпат и Кавказа.

 

расчеты

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) своими руками

Сила водного потока – это возобновляемый природный ресурс, позволяющий получать практически бесплатное электричество. Подаренная природой энергия предоставит возможность сэкономить на коммунальных услугах и решить проблему с подзарядкой техники.

Если рядом с вашим домом протекает ручей или река, ими стоит воспользоваться. Они смогут обеспечить электроэнергией участок и дом. А уж если построена гидроэлектростанция своими руками, экономический эффект возрастает в разы.

В представленной статье детально описаны технологии изготовления частных гидротехнических сооружений. Мы рассказали о том, что потребуется для устройства системы и подключения ее к потребителям. У нас вы узнаете о всех вариантах миниатюрных поставщиков энергии, собранных из подручных материалов.

Содержание статьи:

  • Гидроэлектростанции непромышленного назначения
    • Гирляндная станция с гидровинтами
    • Вертикальный ротор Дарье
    • Подводный винтовой пропеллер
    • Водяное колесо с лопастями
  • Условия для установки гидроэлектростанции
    • Несколько «за» и «против»
    • Измерение силы водного потока
  • Изготовление ГЭС на основе водяного колеса
    • Необходимые материалы и инструменты
    • Сборка колеса и изготовление сопла
    • Генератор своими руками
  • Выводы и полезное видео по теме

Гидроэлектростанции непромышленного назначения

Гидроэлектростанции – это сооружения, способные преобразовать энергию движения воды в электричество. пока активно эксплуатируются только на Западе. На территории нашей страны эта перспективная отрасль лишь делает первые робкие шаги.

Галерея изображений

Фото из

Получение электроэнергии при извлечении потенциала воды — одно из перспективных направлений «зеленой» энергетики. Ее плюсы заключаются в использовании неисчерпаемых бесплатных ресурсов планеты с нанесением наименьшего ущерба природной обстановке

К объектам, задействованным в сфере малой гидроэнергетики, относятся мини гидроэлектростанции, вырабатывающие от 3-100 кВт до 25 МВт

Для получения электричества при использовании энергии воды необязательно наличие бурной горной реки или сооружение большой плотины. Достаточно сузить русло небольшой речки или ручья

Турбину небольшой гидроэлектростанции сможет заставить вращаться даже относительно небольшой по объему канал, в который вода поступает из близлежащего водоема или речки

Небольшие ГЭС, устроенные прямо в потоке воды просты, но не позволяют регулировать силу и объем стока. Возможность регулировки обеспечит миниатюрное водохранилище

Наиболее перспективными для организации мини ГЭС являются горные ручьи с характерной разницей высот в русле. Однако подобные условия можно создать и для речки, текущей по равнинной местности

Повысить производительность миниатюрной ГЭС помогут всевозможные водообороты и завихрения, которые можно соорудить искусственно, путем заливки бетонных конструкций

Для увеличения КПД разработчиками малых гидроэлектростанций усовершенствуются турбины. К примеру, обычное колесо с лопастями заменяется многовитковым шнеком

Использование воды для получения электроэнергии

Один из традиционных вариантов малой гидроэнергетики

Сужение канала для извлечения энергии

Устройство направленного на лопасти канала

Приплотинный вариант с небольшим водохранилищем

Разница высоты в русле ручья или речки

Искусственно сооруженное завихрение

Шнековый тип турбины с повышенным КПД

Небольшими частными гидроэлектростанциями могут быть плотины на больших реках, вырабатывающие от десятка до нескольких сотен мегаватт или мини-ГЭС с максимальной мощностью в 100 кВт, которых вполне достаточно для нужд частного дома. Вот о последних и узнаем подробней.

Гирляндная станция с гидровинтами

Конструкция состоит из цепи роторов, закрепленных на гибком стальном тросе, перетянутом поперек реки. Сам трос исполняет роль вращательного вала, один конец которого фиксируется на опорном подшипнике, а второй – активирует вал генератора.

Каждый гидроротор «гирлянды» способен вырабатывать около 2 кВт энергии, правда, скорость водного потока для этого должна быть не менее 2,5 метров в секунду, а глубина водоема не превышать 1,5 м.

Принцип действия гирляндной ГЭС прост: напор воды раскручивает гидровинты, а те вращают трос и заставляют генератор вырабатывать энергию

Гирляндные станции с успехом использовались еще в середине прошлого века, но роль винтов тогда играли самодельные пропеллеры и даже консервные банки. Сегодня же производители предлагают несколько видов роторов для различных условий эксплуатации.

Они комплектуются лопастями разного размера, изготовленными из листового металла, и позволяют получить максимальный КПД от работы станции.

Но хотя в изготовлении этот гидрогенератор достаточно прост, его эксплуатация предполагает ряд специальных условий, не всегда осуществимых в реальной жизни. Такие сооружения перегораживают русло реки, и вряд ли соседи по берегу, не говоря уже о представителях экологических служб, разрешат использовать энергию потока для ваших целей.

Кроме того, в зимний период установку использовать можно только на незамерзающих водоемах, а в условиях сурового климата – консервировать или демонтировать. Поэтому гирляндные станции возводятся временно и преимущественно в безлюдной местности (например, около летних пастбищ).

Роторные станции мощностью от 1 до 15 кВт/час вырабатывают до 9,3 МВт за месяц и позволяют самостоятельно решить проблему с электрификацией в регионах, отдаленных от централизованных магистралей

Современный аналог гирляндной установки – погружные или наплывные рамные станции с поперечными роторами. В отличие от своей гирляндной предшественницы, эти конструкции не перегораживают всю реку, а задействуют только часть русла, причем установить их можно на понтоне/плоте или вовсе опустить на дно водоема.

Вертикальный ротор Дарье

Ротор Дарье – устройство турбины, которое получило название в честь своего изобретателя в 1931 г. Система состоит из нескольких аэродинамических лопастей, зафиксированных на радиальных балках, и работает за счет перепада давления по принципу «подъемного крыла», который широко задействован в кораблестроительстве и авиации.

Хотя такие установки больше используются для создания ветрогенераторов, они могут работать и с водой. Но в этом случае нужны точные расчеты, чтобы подобрать толщину и ширину лопастей в соответствии с силой водного потока.

Ротор Дарье напоминает «ветряк», только установленный под водой, причем работать он может вне зависимости от сезонных колебаний скорости потока

Для создания локальных гидростанций вертикальные роторы используется редко. Несмотря на неплохие показатели КПД и кажущуюся простоту конструкции, оборудование достаточно сложное в эксплуатации.

Перед началом работы систему нужно «раскрутить», зато и остановить запущенную станцию сможет только замерзание водоема. Поэтому используется ротор Дарье преимущественно на промышленных предприятиях.

Интересное решение в сфере проектирования малых ГЭС с вертикально работающей турбиной предложил австрийский изобретатель Франц Цотлётерер:

Галерея изображений

Фото из

По решению автора проекта этой мини электростанции часть потока поступает в проложенный вдоль русла отдельный канал, завершающийся выпускным отверстием с желобом

Есть множество вариантов сооружения водоворота. Принцип их действия един: поступающая в канал вода течет по касательной, достигнув желоба с отводом под собственной тяжестью она устремляется вниз, одновременно с тем закручиваясь по спирали

В центре водоворота, увлекающего воду в желоб, устанавливается турбина. Заворачивающийся спиралью поток раскручивает ее

Турбина подключается к контроллеру и инвертору, через который заряд передается либо сразу потребителям, либо откладывает и накапливается в аккумуляторах

Мини станция водоворотно-гравитационного действия

Сооружение отдельного канала с водоворотом

Турбина в центре вращения

Устройства для сбора вырабатываемой энергии

Веским плюсом водоворотных станций вполне обоснованно считается сохранение рыбных ресурсов. Работа вертикальной турбины не наносит вреда живым организмам реки. К тому же на стенках сооружений не задерживается тина из-за специфического движения потока воды.

Подводный винтовой пропеллер

По сути, это самый простой воздушный ветряк, только устанавливается он под водой. Размеры лопастей, чтобы обеспечить максимальную скорость вращения и минимум сопротивления, рассчитываются в зависимости от силы движения потока. Например, если скорость течения не превышает 2 м/сек, то ширина лопасти должна быть в пределах 2-3 см.

Подводный пропеллер несложно сделать своими руками, но он подходит только для глубоких и быстрых рек – на мелком водоеме вращающиеся лопасти могут нанести травмы рыбакам, купальщикам, водоплавающим птицам и животным

Такой ветряк устанавливается «навстречу» потоку, но его лопасти работают не за счет давления водного напора, а благодаря возникновению подъемной силы (по принципу самолетного крыла или винта корабля).

Водяное колесо с лопастями

Водяное колесо – один из простейших вариантов гидравлического двигателя, известный еще со времен Римской Империи. Эффективность его работы во многом зависит от типа источника, на котором его установили.

Подливное колесо может вращаться только благодаря скорости потока, а наливное – с помощью напора и веса воды, ниспадающей сверху на лопасти

В зависимости от глубины и русла водотока можно установить различные типы колес:

  • Подливные (или нижнебойные) – подойдут для мелководных рек с быстрым течением.
  • Среднебойные – располагаются в руслах с природными каскадами так, чтобы поток попадал приблизительно на середину вращающегося барабана.
  • Наливные (или верхнебойные) – устанавливаются под плотиной, трубой или в нижней части естественного порога, чтобы ниспадающая вода продолжила путь через вершину колеса.

Но принцип работы у всех вариантов один и тот же: вода попадает на лопасти и приводит в действие колесо, которое заставляет вращаться генератор для миниэлектростанции.

Производители гидрооборудования предлагают готовые турбины, лопасти которых специально адаптированы под определенную скорость водного потока. Но домашние умельцы изготавливают барабанные конструкции по старинке – из подручных материалов.

Ознакомиться с шагами сооружения простейшего варианта мини ГЭС поможет следующая фото-подборка:

Галерея изображений

Фото из

Чтобы усилить потенциал водного потока, сооружаем в русле своеобразное препятствие. В точке перепада высот сужаем русло двумя массивными бетонными или сложенными из камня стенками

Для сборки турбины из влагостойкой фанеры толщиной 13 мм вырезаем два круга и 12-14 прямоугольных «лопастей» равного размера

Лопасти самодельной турбины располагаем под углом к проведенному из центра радиусу. Крепим лопасти к двум окружностям оцинкованными саморезами

Временно перекрыв русло или дождавшись обмельчания в жаркую погоду, устанавливаем опорную конструкцию. Фиксируем ее четырьмя (или более) штырями их арматурного прутка длиной не менее метра. Кувалдой забиваем из в дно, расположив внутри по углам рамы

Перекинув трос через ветку дерева над опорной конструкцией, обвязываем турбину. Будет легче, если в хозяйстве имеется блок, который можно закрепить к ветке перед перебрасыванием троса

К турбине подключаем маломощный генератор типа Wind blue Power Permanent Magnet Generator. Он при 130 оборотах способен выдавать 12 В. Еще в систему включен инвертор и пара б/у аккумуляторов на 110 А

Систему с осью турбины соединяем резиновым или эластомерным ремнем подходящего размера, он обеспечит ременную передачу

Завершив сборку, разблокируем запруду или дождемся, когда в ручье будет достаточно воды для выработки электроэнергии. У разработчика идеи эта малая ГЭС выдает от 50 до 500 Вт

Шаг 1: Сужение русло и формирование перепада

Шаг 2: Раскрой деталей для сборки турбины

Шаг 3: Фиксация лопастей в самодельной турбине

Шаг 5: Установка опоры в русле ручья

Шаг 5: Установка турбины на опорную конструкцию

Шаг 6: Подключение генератора и аккумуляторов

Шаг 7: Устройство ременной передачи

Шаг 8: Тестирование устройства после сборки

Возможно, отсутствие оптимизации отразится на показателях КПД, зато себестоимость самодельного оборудования обойдется в разы дешевле покупного аналога. Поэтому водяное колесо наиболее популярный вариант для организации собственной мини-ГЭС.

Условия для установки гидроэлектростанции

Несмотря на заманчивую дешевизну энергии, вырабатываемую гидрогенератором, важно учесть особенности водного источника, ресурсы которого вы планируете задействовать для собственных нужд.

Ведь далеко не каждый водоток подойдет для эксплуатации мини-ГЭС, тем более круглогодичной, поэтому не помешает иметь в резерве возможность подключения к централизованной магистрали.

Несколько «за» и «против»

Основные плюсы индивидуальной гидроэлектростанции очевидны: недорогое оборудование, которое вырабатывает дешевое электричество, да еще и природе не вредит (в отличие от плотин, перекрывающих ток реки). Хотя абсолютно безопасной систему назвать нельзя – все-таки вращающиеся элементы турбин могут нанести травмы жителям подводного мира и даже людям.

Чтобы предупредить несчастные случаи, гидростанцию нужно оградить, а если система полностью скрыта водой – установить на берегу предупреждающий знак

Преимущества мини-ГЭС:

  1. В отличие от других «бесплатных» энергоисточников (солнечных батарей, ветрогенераторов), гидросистемы могут работать вне зависимости от времени суток и погоды. Единственное, что может им помешать – замерзание водоема.
  2. Для установки гидрогенератора необязательно наличие большой реки – те же водяные колеса с успехом можно использовать даже в мелких (но быстрых!) ручьях.
  3. Установки не выделяют вредных веществ, не загрязняют воду и работают практически бесшумно.
  4. Для монтажа мини-ГЭС мощностью до 100 кВт не нужно оформлять разрешительную документацию (хотя все зависит от местных властей и типа установки).
  5. Избыток электричества можно продавать в соседние дома.

Что касается недостатков – серьезной помехой для продуктивной эксплуатации оборудования может стать недостаточная сила течения. В этом случае придется возводить вспомогательные сооружения, что сопряжено с дополнительными затратами.

Если потенциальной энергии расположенной рядом реки при приблизительном расчете не хватит на выработку электричества в объеме, достаточном для практического применения, стоит обратить внимание на . Ветряк послужит эффективным дополнением.

Измерение силы водного потока

Первое, что нужно сделать, чтобы задуматься о виде и способе монтажа станции, – измерить скорость водного потока на облюбованном источнике.

Самый простой способ – опустить на стремнину любой легкий предмет (например, теннисный мячик, кусок пенопласта или рыбацкий поплавок) и засечь секундомером время, за которое он проплывет расстояние до какого-нибудь ориентира. Стандартная дистанция для «заплыва» — 10 метров.

Если водоем находится далековато от дома, можно построить отводной канал или трубопровод, и заодно и позаботиться о перепадах высоты

Теперь нужно пройденное расстояние в метрах разделить на количество секунд – это и будет скорость течения. Но если полученное значение будет меньше 1 м/сек, потребуется возвести искусственные сооружения, чтобы ускорить поток перепадами высот.

Это реально осуществить с помощью разборной плотины или неширокой сливной трубы. Но без хорошего течения от идеи с гидростанцией придется отказаться.

Изготовление ГЭС на основе водяного колеса

Разумеется, собрать «на коленке» и возвести махину, предназначенную для обслуживания предприятия или населенного пункта даже из десятка домов – идея из области фантастики. Но соорудить своими руками мини-ГЭС для экономии электричества – вполне реально. Причем задействовать можно как готовые комплектующие, так и подручные материалы.

Поэтому рассмотрим пошагово изготовление наиболее простого сооружения – водяного колеса.

Необходимые материалы и инструменты

Чтобы сделать своими руками мини-ГЭС, нужно подготовить сварочный аппарат, болгарку, дрель и набор вспомогательных инструментов — молоток, отвертку, линейку.

Из материалов понадобятся:

  • Уголки и листовой металл толщиной не менее 5 мм.
  • Трубы из ПВХ или оцинкованной стали для изготовления лопастей.
  • Генератор (можно использовать готовый покупной или сделать самому, как в данном примере).
  • Тормозные диски.
  • Вал и подшипники.
  • Фанера.
  • Полистироловая смола для заливки ротора и статора.
  • Медный провод на 15 мм для самодельного генератора.
  • Неодимовые магниты.

Учтите, что конструкция колеса будет постоянно контактировать с водой, поэтому металлические и деревянные элементы необходимо выбирать с защитой от влаги (или позаботится об их пропитке и покраске самостоятельно). В идеале, фанеру можно заменить пластиком, но деревянные детали проще достать и придать им нужную форму.

Сборка колеса и изготовление сопла

Основой для самого колеса могут стать два стальных диска одинакового диаметра (если есть возможность достать стальной барабан от кабеля – отлично, это намного ускорит процесс сборки).

Но если металла в подручных материалах не нашлось, можно вырезать круги и из водостойкой фанеры, хотя прочность и срок службы даже обработанного дерева не сравнится со сталью. Затем на одном из дисков нужно прорезать круглое отверстие под установку генератора.

После этого изготавливаются лопасти, а их понадобится не меньше 16 шт. Для этого оцинкованные трубы разрезаются вдоль на две или четыре части (зависит от диаметра). Затем места резки и саму поверхность лопастей нужно отшлифовать, чтобы уменьшить потери энергии при трении.

Лопасти устанавливаются под наклоном примерно в 40-45 градусов – это поможет увеличить площадь поверхности, на которую будет воздействовать сила потока

Расстояние между двумя боковыми дисками должно быть максимально приближено к длине лопастей. Чтобы наметить место для расположения будущих ступиц, рекомендуется сделать шаблон из фанеры, на котором будет обозначено место для каждой детали и отверстия для фиксации колеса к генератору. Готовую разметку можно прикрепить на внешней стороне одного из дисков.

Затем круги устанавливаются параллельно друг к другу с помощью стержней со сплошной резьбой, а лопасти привариваются или фиксируются болтами в нужных позициях. Барабан будет вращаться на подшипниках, а в качестве опоры используется рама из уголков или труб небольшого диаметра.

На этом этапе сборку барабана можно считать законченной, осталось оснастить его самодельным генератором и соплом, направляющим поток воды

Сопло предназначено для водных источников каскадного типа – такая установка позволит использовать энергию потока по максимуму. Изготавливается этот вспомогательный элемент путем выгибания листового металла с последующей сваркой швов, а после насаживается на трубу.

Однако если в вашей местности протекает равнинная река без порогов и других высотных препятствий, в этой детали нет необходимости.

Важно, чтобы ширина выходного отверстия сопла соответствовала ширине самого колеса, иначе часть потока будет идти «вхолостую», не попадая на лопасти

Теперь колесо нужно насадить на ось и установить на подпорку из сваренных или скрепленных болтами уголков. Осталось сделать генератор (или установить готовый) и можно отправляться к реке.

Генератор своими руками

Для изготовления самодельного генератора нужно сделать обмотку и заливку статора, для чего понадобятся катушки со 125-ю витками медной проволоки на каждой. После их соединения вся конструкция заливается полиэстеровой смолой.

Каждая фаза состоит из трех последовательно прикрепленных мотков, поэтому соединение можно сделать в форме звезды или треугольника с несколькими наружными выводами

Теперь нужно подготовить фанерный шаблон, совпадающий по размерам с тормозным диском.

На деревянном кольце выполняется разметка и делаются прорези для установки магнитов (в данном случае использовались неодимовые магниты толщиной 1,3 см, шириной 2,5 см и длиной 5 см). Затем полученный ротор также заливается смолой, а после просушки — присоединяется к барабану колеса.

Водяное колесо с ротором из тормозных дисков и генератором из мотков медной проволоки — окрашенное, презентабельное и готовое к эксплуатации

Последним монтируется алюминиевый кожух с амперметром, закрывающий выпрямители. Задача этих элементов – преобразовывать трехфазный ток в постоянный.

После установки колеса в поток небольшой речки с каскадом или отводной трубой, можно рассчитывать на производительность мини-ГЭС в 1,9А * 12В при 110 оборотах за минуту

Чтобы в колесо не попадали листья, песок и другой мусор, принесенный с потоком, желательно поставить перед устройством защитную сетку.

Также можно поэкспериментировать с зазорами между магнитами и катушками с увеличенным количеством витков для увеличения КПД гидростанции.

О всех видах вы узнаете, ознакомившись со статьей, посвященной внедрению в быт «зеленых технологий».

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Пример работающей гидроустановки с самодельным генератором на базе трехфазного двигателя:

Видео #2. Мини-ГЭС, сконструированная по принципу водяного колеса:

Видео #3. Станция на основе велосипедного колеса – интересный вариант решения проблемы с энергообеспечением на отдыхе вдали от цивилизации:

Как видите, построить водяную миниэлектростанцию своими руками не так уж и сложно. Но так как большинство расчетов и параметров для ее комплектующих определяется «на глазок», следует быть готовым к возможным поломкам и сопутствующим затратам.

Если вы чувствуете нехватку знаний и опыта в данной сфере, стоит довериться специалистам, которые выполнят все необходимые расчеты, посоветуют оптимальное для вашего случая оборудование и качественно произведут его установку.

Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Делитесь интересными сведениями и полезными рекомендациями, оставляйте тематические фото. Возможно, вы хотите рассказать, как соорудили собственными руками действующую гидроэлектростанцию на загородном участке? Будем рады прочитать ваш рассказ о процессе устройства и эксплуатации.

Сколько гидроэнергии я могу получить

Если вы имеете в виду энергию (это то, что вы продаете), прочтите Сколько энергии я могу получить от гидротурбины?.
Если вы имеете в виду мощность , читайте дальше.

Мощность – скорость производства энергии. Мощность измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт). Энергия используется для выполнения работы и измеряется в киловатт-часах (кВтч) или мегаватт-часах (МВтч).

Проще говоря, максимальная выходная мощность гидроэлектростанции полностью зависит от того, какой напор и расход доступны на объекте, поэтому крошечная микрогидросистема может производить всего 2 кВт, тогда как крупная гидросистема коммунального масштаба может легко производить сотни мегаватт (МВт). Для сравнения, гидроэнергетическая система мощностью 2 кВт может удовлетворить годовые потребности в электроэнергии двух средних домов в Великобритании, тогда как система коммунального масштаба мощностью 200 МВт может обеспечить 200 000 средних домов в Великобритании.

Если вы не возражаете против уравнений, самый простой способ объяснить, сколько энергии вы могли бы произвести, — это взглянуть на уравнение для расчета гидроэнергии:

P = m x g x H нетто x η

Где:

Р
мощность, измеренная в ваттах (Вт).
м
массовый расход в кг/с (численно совпадает с расходом в литрах/с, поскольку 1 литр воды весит 1 кг)
г
гравитационная постоянная, равная 90,81 м/с 2
H сетка
чистая головка. Это общий напор, физически измеренный на объекте, за вычетом потерь напора. Для простоты можно предположить, что потери напора составляют 10%, поэтому H нетто = H брутто x 0,9
η
произведение эффективности всех компонентов, которыми обычно являются турбина, система привода и генератор

Для типичной малой гидросистемы КПД турбины будет 85%, КПД привода 95 % и КПД генератора 93 %, поэтому общий КПД системы будет равен:

 
0,85 x 0,95 x 0,93 = 0,751, т. е. 75,1 %
 

турбины, которая могла бы принять максимальный расход 3 м 3 /с, максимальная выходная мощность системы будет:

Сначала преобразуйте напор брутто в напор нетто, умножив его на 0,9, поэтому:

H нетто = H брутто x 0,9 = 2,5 x 0,9 = 2,25 м

 
Затем переведите расход в м 3 /с в литры/с, умножив его на 1000, таким образом:

3 м

60/с 90 литров в секунду

 
Помните, что 1 литр воды весит 1 кг, поэтому м численно соответствует скорости потока в литрах в секунду, в данном случае 3000 кг/с.

Теперь вы готовы рассчитать мощность гидроэлектростанции:

Мощность (Вт) = m x g x H нетто x η = 3 000 x 9,81 x 2,25 x 0,751 = 49 729 Вт = 49,7 кВт

 

Теперь сделайте то же самое для высоконапорной гидроэлектростанции, где общий напор составляет 50 метров, а максимальный расход через турбину составляет 150 литров в секунду.

В этом случае H нетто = 50 x 0,9 = 45 м и расход в литрах/сек равен 150, следовательно:

Мощность (Вт) = m x g x H нетто x η = 1510 x 9. х 45 х 0,751 = 49 729 Вт = 49,7 кВт

 

Что здесь интересно, так это то, что два совершенно разных объекта, один с чистым напором 2,25 м, а другой 45 м, могут генерировать одинаковое количество энергии, поскольку на низконапорном объекте расход намного больше (3000 литров). / сек) по сравнению с сайтом с высоким напором всего 150 литров в секунду.

Это ясно показывает, что двумя основными переменными при расчете выходной мощности гидроэнергетической системы являются напор и поток, а выходная мощность пропорциональна напору, умноженному на поток.

Конечно, две системы в приведенном выше примере физически сильно отличаются. На участке с низким напором потребуется физически большой архимедов винт или турбина Каплана внутри машинного зала размером с большой гараж, потому что он должен быть физически большим, чтобы выпускать такой большой объем воды с относительно низким давлением (напором). . На участке с высоким напором потребуется только небольшая турбина Пелтона или Турго размером с холодильник, потому что она должна выпускать только 5% расхода системы с низким напором и под гораздо более высоким давлением.

Интересно, что в реальном мире напоры и потоки в приведенном выше примере не слишком далеки от реальности, потому что участки с высоким напором, как правило, находятся в верховьях рек в горных районах, поэтому уклоны земли крутые, что позволяет напоры должны быть созданы, но водосбор водотока относительно невелик, поэтому скорость потока невелика. Тот же самый горный ручей в 20 км ниже по течению слился бы с бесчисленным количеством мелких притоков и образовал бы гораздо более крупную реку с более высоким расходом, но окружающая территория теперь представляла собой низменные сельскохозяйственные угодья с небольшим уклоном. Было бы возможно иметь только низкий напор через плотину, чтобы избежать риска затопления окружающей земли, но скорость потока в реке в низинах будет намного больше, чтобы компенсировать это.

В Великобритании имеется целый ряд гидроэлектростанций всех типов с высоким, средним и низким напором. В Англии больше мест с низкой головой, в Шотландии больше с высокой головой, а в Уэльсе все смешано, но все же со значительными возможностями для средней и высокой головы.

Мощность и выработка энергии могут быть увеличены за счет очистки впускного экрана от мусора, что поддерживает максимальный напор системы. Этого можно добиться автоматически, используя наш инновационный экран GoFlo Traveling, изготовленный в Великобритании нашей родственной компанией. Узнайте о преимуществах установки подвижного экрана GoFlo на вашей гидроэнергетической системе в этом примере: максимальное использование преимуществ гидроэнергетической технологии с помощью инновационной технологии подвижного экрана GoFlo.

Обратно в Учебный центр гидроэнергетики

Возобновляемые источники энергии Во-первых, иметь значительный опыт работы в качестве консультанта по гидроэнергетике и обладать полными проектными возможностями, от первоначального технико-экономического обоснования до проектирования и установки системы.

Первым шагом при разработке любого объекта гидроэнергетики является проведение полного технико-экономического обоснования.

Свяжитесь с нами по поводу технико-экономического обоснования сегодня!

После завершения вы поймете потенциал сайта и получите инструкции по следующим шагам по развитию вашего проекта. Вы можете узнать больше о гидроэнергетике в нашем Учебном центре гидроэнергетики.

Сведите к минимуму ручную очистку водозаборной сетки, максимально окупите финансовую отдачу от гидроэнергетической системы и защитите рыбу и угрей с помощью передвижных решеток GoFlo. Узнайте больше здесь.

Гидроэлектроэлектрический калькулятор

, созданный Bogna Szyk

, рассмотрено Dominik Czernia, PhD и Jack Bowater

Последнее обновление: 18 августа 2022

. : пример

  • Каков мой доход?

    • Независимо от того, проектируете ли вы мини-гидротурбину или следующую плотину «Три ущелья», этот калькулятор гидроэлектроэнергии поможет вам оценить выходную мощность вашего проекта. Наш инструмент находит ожидаемую мощность для трех различных типов гидроэлектростанций только по основным характеристикам потока: поперечному сечению канала, скорости потока и (для плотины) так называемому напору — полезной высоте падения.

    Если вас интересует гидроэнергетика, воспользуйтесь калькулятором расхода труб! А если темы возобновляемых источников энергии являются вашим хобби, у нас также есть калькулятор для солнечных батарей и инструмент для работы с ветряными турбинами.

    Типы турбин гидроэлектростанций

    Наш калькулятор гидроэлектроэнергии может найти выходную мощность трех различных типов турбин: плотинная , «русловая» установка и приливная энергетическая турбина .

    • Плотины — это огромные барьеры, которые блокируют поток воды, создавая большой резервуар. Вода падает с плотины, и ее потенциальная энергия при падении преобразуется в механическую энергию. Высота падения называется напор и является наиболее важной характеристикой плотины.

    • Русловые установки не имеют резервуара с водой, но используют кинетическую энергию потока и преобразуют ее в механическую энергию. Требование к такой турбине – постоянный приток воды.

    • Приливные электростанции используют ежедневный прилив и отлив океанской воды или приливы для выработки энергии.

    Хотите узнать больше об энергии? Обязательно прочитайте нашу статью о том, как рассчитать потенциальную энергию.

    Формулы гидроэнергетики

    Выходная мощность плотины рассчитывается с использованием потенциальной энергии воды и может быть найдена по следующей формуле гидроэнергетики:

    P = η * ρ * g * h * Q

    где:

    • P – выходная мощность, измеренная в ваттах
    • η КПД турбины
    • ρ — плотность воды, принятая равной 998 кг/м³ (можно изменить через расширенный режим )
    • g ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с² (можно изменить в расширенном режиме )
    • h высота напора или полезная высота падения, выраженная в единицах длины (метры или футы)
    • Q расход (также называемый расходом), рассчитанный как Q = A * v
    • А площадь поперечного сечения канала
    • v скорость потока

    Русловые установки и приливные электростанции используют кинетическую энергию потока, поэтому формула немного отличается:

    P = 0,5 * η * ρ * Q * v²

    КПД турбины представляет собой отношение доступной энергии воды к фактической выходной мощности турбины. Обычно выражается в процентах. КПД таких турбин может достигать 59,3%, так как они ограничены пределом Betz 9.0019 .

    Расчет гидротурбины: пример

    Предположим, вы хотите построить плотину на небольшой реке. Площадь поперечного сечения русла 150 м², скорость течения реки 2 м/с. Высота плотины 15 м.

    1. Рассчитайте расход: Q = A * v = 150 * 2 = 300 м³/с .
    2. Узнайте КПД вашей гидротурбины. Мы можем принять его равным 80%.
    3. Найдите мощность плотины по формуле гидроэнергетики:

    P = η * ρ * g * h * Q = 0,8 * 998 * 9,81 * 15 * 300 = 35 245 368 Вт ≈ 35 245 кВт

    Каков мой доход?

    Как только вы узнаете выходную мощность плотины, вы можете использовать наш калькулятор гидроэлектроэнергии, чтобы определить доход, который она вам принесет. Все, что вам нужно сделать, это умножить выходную мощность на тариф на электроэнергию и на количество часов работы плотины.

    Расчет мини гэс: Гидротехническое бюро — Расчет мощности малых ГЭС