Основные типы гидрогенераторов

Основные типы гидрогенераторов

В этой статье рассмотрим основные типы гидрогенераторов и их особенности:

  • Водяное колесо;
  • Пропеллер;
  • Гирляндная гидроэлектростанция;
  • Ротор Дарье.

    • Простейшие в эксплуатации и самые надежные мини-ГЭС - это водяное колесо и пропеллер. Их несложно построить собственными руками, и они не требуют точных расчетов. Водяное колесо, снабженное лопастями, устанавливается перпендикулярно водной поверхности таким образом, чтобы оно было погружено в воду примерно на треть - по принципу старинных водяных мельниц.

      Мини-ГЭС на основе водяного колеса.



      Фото: Гидрогенератор на основе водяного колеса

      Установка водяного колеса


      Существуют различные варианты установки водяного колеса. При этом перепад высот водного потока может быть организован искусственно - чтобы повысить производительность мини-ГЭС.

      Варианты установки водяного колеса:

      • Нижнебойное водяное колесо (устанавливается непосредственно в водный поток);
      • Фото: Установка нижнебойного водяного колеса

      • Среднебойное водяное колесо (устанавливается в месте перепада высот водного потока таким образом, что падающий поток воды попадает примерно на середину колеса);
      • Фото: Установка среднебойного водяного колеса

      • Верхнебойное водяное колесо (устанавливается в месте перепада высот водного потока таким образом, что падающий поток воды попадает сверху колеса)
      • Фото: Установка верхнебойного водяного колеса


      Производители оборудования для мини-ГЭС предлагают специальные колеса-турбины, оснащенные лопатками, оптимизированными под ту или иную скорость водного потока. Народные умельцы изготавливают водяные колеса таким же образом, как и предки, ставившие водяные мельницы, то есть без всякой оптимизации. С одной стороны, это снижает КПД установки, с другой - обходится гораздо дешевле, чем приобретение «магазинного» оборудования.

      Использование пропеллера


      Пропеллером называют колесо, аналогичное колесу ветряных мельниц, но располагающееся под водой. Он полностью погружен в воду (в отличие от водяного колеса), а ширина его лопастей минимальна (в отличие от воздушного колеса).

      Для разных скоростей водного потока выбираются лопасти разной ширины. Так, при скорости 0,8-2 м/с оптимальная ширина - 2 см. Производители оборудования для мини-ГЭС предлагают модели пропеллеров, подходящие для той или иной скорости водного потока. Но соответствующий пропеллер можно сделать и самостоятельно.

      Бесплотинные гидрогенераторы: гирляндная ГЭС и ротор Дарье


      Существует еще два вида бесплотинных мини-ГЭС: гирляндная ГЭС и ротор Дарье. Их устройство сложнее, а потому такие гидрогенераторы применяются реже.

      Фото: Гирляндная гидроэлектростанция

      Гирляндная ГЭС получила название от внешнего вида: стальной трос диаметром 10-15 мм, на котором, как бусины, нанизаны роторы. Трос в данном случае выполняет функцию гибкого вала. Им перегораживают русло реки, при этом роторы полностью погружаются в воду. Один конец троса соединяется с подшипником, а второй - с валом генератора. Водный поток вращает роторы, а они, в свою очередь, вращают трос.

      Уже в 50-е годы ХХ столетия народные умельцы сооружали гирляндные мини-ГЭС, используя генератор от автомобиля, а в качестве роторов - консервные банки.

      Сегодня технологии двинулись вперед, и промышленность предлагает роторы различных видов, повышающие КПД генератора.

      В качестве гидроколес эффективнее использовать не консервные банки, а пропеллеры (аналоги детских вертушек), изготовленные из тонких металлических листов. Одно такое гидроколесо дает до 2 кВт энергии при скорости водного потока 2,5 м/с. Глубина погружения роторов зависит от времени года: летом их опускают на о,2 глубины от поверхности воды, а зимой - на о,5 глубины от поверхности льда (если водный поток замерзает). При этом глубина водного потока не должна превышать 1,5 м. То есть подобные мини-ГЭС устанавливаются на небольших речках и ручьях.
      Фото: Конструкция гирляндной ГЭС с турбинно-тросовым приводом

      Конструкция гирляндной ГЭС с турбинно-тросовым приводом:

  1. подшипник;
  2. опора;
  3. металлический трос;
  4. электрогенератор;
  5. уровень воды в реке;
  6. речное русло.


Недостатки гирляндных ГЭС очевидны:

  • высокая материалоёмкость, что приводит к довольно значительным первоначальным расходам;
  • сложность конструкции, что снижает надежность оборудования;
  • необходимость перегораживать речное русло, что может представлять опасность для окружающих.


Самый существенный минус - перегораживание русла. Подобное практически невозможно сделать в более или менее оживленном месте: дети, рыбаки, лодки - все это мешает нормальной работе гидрогенератора, причем даже установка предупреждающих знаков мало помогает. Остается только огораживать участок реки таким образом, чтобы воспрепятствовать доступу нежелательных визитеров к оборудованию, но это не всегда удается осуществить. Поэтому гирляндные мини-ГЭС используются в основном в относительно безлюдных местах (например, на летних пастбищах).

Более безопасным для окружающих вариантом гирляндной мини-ГЭС является погружная установка, заключенная в раму. В этом случае нет необходимости перегораживать все речное русло. Кроме того, оборудование можно устанавливать практически при любой глубине и ширине реки (если глубина слишком велика, то рама снабжается поплавками).

Погружная мини-ГЭС с горизонтально расположенными роторами поперечного типа.

Фото: Схема погружной мини-ГЭС с горизонтально расположенными роторами поперечного типа

Принцип работы ротора Дарье


Ротор Дарье - четвертый вариант мини-ГЭС. Это вертикальный ротор с лопастями специальной конструкции: поток воды оказывает на них различное давление, и за счет этого осуществляется вращение. Эффект напоминает подъемную силу, действующую на самолетное крыло, которая возникает из-за разницы между давлением воздуха над крылом и под ним.

В конструкции гидрогенератора ротор Дарье используется реже всего, потому что перед началом эксплуатации его необходимо раскрутить. К плюсам такого оборудования относится то, что раскрученный ротор Дарье продолжает работать вне зависимости от сезонных изменений скорости водного потока и т. д. Остановить его может только полное промерзание воды. Но оборудование этого типа является дорогостоящим и сложным в эксплуатации.

Достоинства гидрогенераторов


Если вы собираетесь устанавливать гидрогенератор, имейте в виду, что многие небольшие водотоки в холодное время года замерзают. Кроме того, для них характерны изменения уровня, объема и скорости воды в зависимости от сезона. А некоторые водоемы просто пересыхают в летний период. Все эти факторы влияют на работоспособность и КПД гидрогенератора.

Более того, из-за них мини-ГЭС может оказаться лишь сезонным источником энергии. Например, если река или ручей пересыхает летом, гидрогенератор будет работать только в холодную пору года, а если замерзает на всю глубину зимой, то сможет обеспечивать ваше домовладение электричеством лишь при плюсовых температурах окружающей среды.

Периоды, когда гидрогенератор не эксплуатируется, используются для технического обслуживания. Из главной триады бестопливной энергетики - гидро-, ветро- и гелиоэнергетики - первая требует самых значительных первоначальны затрат, а оборудование наиболее сложно в эксплуатации и имеет самый малый ресурс службы (работа осуществляется в агрессивной среде).

Но при этом есть и очевидные плюсы: оборудование для мини-ГЭС выпускается давно, оно тщательно опробовано и надежно - известно, чего от него ожидать. Производят его многие компании, в том числе и отечественные, которые предлагают различные варианты комплектации, рассчитанные на все возможные разновидности водных потоков и условия эксплуатации. В настоящее время изготавливаются мини-ГЭС, оснащенные устройствами автоматического регулирования. Это оборудование благополучно работает «само по себе», не требуя постоянного присутствия человека.