В Саратовской области достаточно обширная территория заселена с очень малой плотностью, особенно в той части области, где она граничит с Казахстаном. Линии электропередач имеют большую протяженность, сильно изношены, и поэтому в населенных пунктах нередки случаи прекращения электроснабжения.
В связи с этим стоит проблема энергообеспечения альтернативными источниками энергии. Одним из таких вариантов является использование энергии воды. Для этого нужен поток воды и гидроагрегат, который для выработки небольшого количества электроэнергии принято называть микро-ГЭС. Можно использовать микро-ГЭС в водопроводе, в ручьях, или в искусственном потоке воды. Вода есть повсюду, так что это не составит особого труда. Современная гидроэнергетика по сравнению с другими традиционными видами электроэнергетики является наиболее экономичным и экологически безопасным способом получения электроэнергии. При эксплуатации гидроагрегатов отсутствует отрицательное влияние на качество воды: она полностью сохраняет первоначальные природные свойства. В реках сохраняется рыба, вода может использоваться для водоснабжения населения.
В СССР были разработаны подобные гидроагрегаты, они были намного мощнее, но в них присутствовало очень много недостатков. Они имели большую массу, также общим недостатком этих устройств является сложность конструкции генератора, который установлен непосредственно в потоке воды, что требует сложных конструктивных решений по герметизации генератора. Кроме того, установка генератора внутри потока воды увеличивает сопротивление течению воды, что снижает скорость потока воды и как следствие влияет на частоту вращения генератора и объем вырабатываемой электрической энергии. Также эти гидроагрегаты микро-ГЭС нельзя было установить в действующий трубопровод. Нами была предложена конструкция шнековой микро-ГЭС, в которой исключены указанные недостатки.
При этом в качестве корпуса предлагается использовать корпуса отработавших положенный срок расходомеров воды. В некоторых случаях внутри корпуса достаточно места для установки постоянных магнитов снаружи трубы, внутри которой движется вода.
Внутри трубы устанавливается шнек. Труба размещается в канале расходомера воды.
Изготовление шнековой микро-ГЭС на основе расходомера воды позволяет устанавливать ее в действующие трубопроводы.
На рис.1 представлена конструкция шнековой микро-ГЭС.
Шнековая микро-ГЭС содержит корпус расходомера воды 1, внутри которого на опорах качения 5 установлена труба 2, на внутренней поверхности которой жестко закреплены винтовые лопасти 3. Генератор выполнен в виде постоянных магнитов 4 равномерно закрепленных на наружной поверхности трубы 3 в средней ее части и электромагнитной катушки 6, установленной в верхней части корпуса 1. Стержень 8 электромагнитной катушки 6 проходит через перегородку 9 из немагнитного материала. Для фиксации трубы 2 в осевом направлении на корпусе 1 установлены фиксаторы 7. Сверху корпуса установлена крышка 10.
Рис. 1. Шнековая микро-ГЭС
Шнековая микро-ГЭС работает следующим образом. Шнековая микро-ГЭС устанавливается в водопроводе, аналогично установке расходомеров. Также шнековая микро-ГЭС может устанавливаться в трубопроводах водоотведения (канализации), если по ним течет жидкость не загрязненная абразивными или другими включениями. Вода, протекая в трубопроводе, поступает во внутреннюю полость трубы 2, поток воды двигает винтовые лопасти 3 тем самым, вращая трубу 2. Вместе с трубой 2 вращаются постоянные магниты 4, которые перемещаются относительно катушки 6. При перемещении постоянных магнитов 4 относительно стержня 8 электромагнитной катушки 6 возникает индукционный ток, величина которого тем больше, чем больше скорость вращения трубы 2 с постоянными магнитами 4. Фиксаторы 7 предотвращают осевое смещение трубы 2. Перегородка 9 исключает попадание воды на электромагнитную катушку. Крышка 10 обеспечивает доступ к электромагнитной катушке.
Такая конструкция микро-ГЭС позволяет выполнять монтаж действующих трубопроводов без каких-то дополнительных работ, генератор расположен вне потока воды, что увеличивает долговечность и надежность, конструкция имеет сравнительно небольшие габариты и массу. Для определения технических характеристик и проверки работоспособности шнековой микро-ГЭС в настоящее время выполняется изготовление макета шнековой микро-ГЭС на основе расходомера (водяного счетчика) холодной воды с условным диаметром трубопровода 80 мм.
Ориентировочно определить значение теоретической мощности шнековой микро-ГЭС для указанного диаметра можно по формуле:
, (1)
где N — мощность, Вт;
— плотность воды, кг/м3;
S — площадь поперечного сечения трубопровода, м2, S=d2/4;
— скорость потока воды, м/c;
мощность зависит от скорости потока воды. В водопроводных трубах скорость потока воды может достигать от 3 м/с до 5 м/с.
При скорости равной 3 м/с, мощность будет равна 37 Вт. При скорости 4 м/с, мощность составит 87 Вт. А при скорости 5 м/с, мощность уже будет равна 170 Вт.
Указанные мощности достаточны для аварийного освещения, зарядки сотовых телефонов, планшетов и ноутбуков. Для аварийной сигнализации и связи через портативные радиостанции в случае аварийных ситуаций.
Использование расходомеров воды на большие диаметры может быть и при разработке деривационных гидроэлектростанций, соответственно с большей мощностью, что может быть полезным для энергообеспечения в сельском хозяйстве в горной местности для удаленных от цивилизации пастбищ, для экономии топлива переносных бензиновых электрогенераторов.
Экономическим (и экологическим) эффектом будет то, что на изготовление корпусов не потребуется материал и время на изготовление, а также не потребуется утилизация корпусов расходомеров воды. К сожалению «начинку» расходомеров использовать «для дела» авторы так и не смогли
На данную разработку подана заявка на получение полезной модели.
