Как сделать своими руками гидроэлектростанцию: Как самому сделать мини-ГЭС?

Содержание

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

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

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

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:

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.
Для установки гидрогенератора необязательно наличие большой реки – те же водяные колеса с успехом можно использовать даже в мелких (но быстрых!) ручьях.
Установки не выделяют вредных веществ, не загрязняют воду и работают практически бесшумно.
Для монтажа мини-ГЭС мощностью до 100 кВт не нужно оформлять разрешительную документацию (хотя все зависит от местных властей и типа установки).
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.

Бесплатное электричество — мини ГЭС своими руками

Если у Вашего жилища протекает река или даже небольшой ручей, то с помощью самодельной мини ГЭС Вы можете получить бесплатную электроэнергию. Возможно это будет не очень большое пополнение бюджета, но осознание того, что у Вас есть своя собственная электроэнергия — стоит гораздо дороже. Ну а если, например на даче, нет центрального электроснабжения — то даже небольшие мощности электроэнергии будут просто необходимы. И так, для создания самодельной гидроэлектростанции необходимо как минимум два условия — наличие водяного ресурса и желание.

Если и то и другое присутствует, то то первое, что нужно сделать – это измерить скорость потока реки. Сделать это очень просто — бросаете в реку веточку и замерьте время, в течении которого она проплывет 10 метров. Поделив метры на секунды, вы получите скорость течения в м/с. Если скорость меньше 1 м/с, то продуктивной мини ГЭС не получится. В этом случае можно попробовать увеличить скорость потока искусственно заузив русло или сделав небольшую плотину, если имеете дело с не большим ручьем.

Для ориентира, можно использовать соотношение между скоростью потока в м/с и мощностью снимаемой электроэнергии с вала винта в кВт (диаметр винта 1 метр). Данные экспериментальные, в реальности полученная мощность зависит от многих факторов, но для оценки подойдет. Так:

0.5 м/с – 0.03 кВт,
0.7 м/с – 0.07 кВт,
1 м/с – 0.14 кВт,
1.5 м/с – 0.31 кВт,
2 м/с – 0.55 кВт,
2.5 м/с – 0.86 кВт,
3 м/с -1.24 кВт,
4 м/с – 2.2 кВт и т.д.

Мощность самодельной мини ГЭС пропорциональна кубу скорости потока. Как уже указывалось, если скорость течения недостаточная, попробуйте ее искусственно увеличить, если это конечно возможно.

Типы мини-ГЭС

Существует несколько основных вариантов самодельных мини гидроэлектростанций.

Это колесо с лопастями, установленное перпендикулярно поверхности воды. Колесо погружено в поток меньше чем наполовину. Вода давит на лопасти и вращает колесо. Существуют также колеса-турбины со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости. Но это достаточно сложные конструкции скорее заводского, чем самодельного изготовления.

Это ротор с вертикальной осью вращения, используемый для генерации электрической энергии. Вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета. Эта конструкция была запатентована Жорж Жан-Мари Дарье, французским авиационным инженером в 1931 году. Также часто используется в конструкциях ветрогенераторов.

Гирляндная гидроэлектростанция состоит из легких турбин — гидровингроторов, нанизанных и жестко закрепленными в виде гирлянды на тросе, переброшенном через реку. Один конец троса закрепляется в опорном подшипнике, второй — вращает ротор генератора. Трос в этом случае играет роль своеобразного вала, вращательное движение которого передается к генератору. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос.

Также заимствован из конструкций ветровых электростанций, такой себе «подводный ветряк» с вертикальным ротором. В отличие от воздушного, подводный пропеллер имеет лопасти минимальной ширины. Для воды достаточно ширины лопасти всего в 2 см. При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения. Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8-2 метра в секунду. При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры. Пропеллер движется не за счет давления воды, а за счет возникновения подъемной силы. Так же как крыло самолета. Лопасти пропеллера движутся поперек потока, а не увлекаются потоком в направлении течения.

Преимущества и недостатки различных систем самодельной мини ГЭС

Недостатки гирляндной ГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих ( длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это своего рода небольшая плотина. Целесообразно использовать в безлюдных, удаленных местах с соответствующими предупредительными знаками. Возможно потребуется разрешение властей и экологов. Второй вариант — небольшой ручей у Вас в огороде.

Ротор Дарье — сложен в расчете и изготовлении. В начале работы его нужно раскрутить. Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач. Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока — это плюс.

Наибольшее распространение при построении самодельных гидроэлектростанций получили схемы пропеллера и водяного колеса. Так как эти варианты сравнительно просты в изготовлении, требуют минимальных расчетов и реализуются при минимальных затратах, имеют высокий КПД, просты в настройке и эксплуатации.

Пример простейшей мини-ГЭС

Простейшую гидроэлектростанцию можно быстро соорудить из обычного велосипеда с динамкой для велофары. Из оцинкованного железа или не толстого листового алюминия надо заготовить несколько лопастей (2-3). Лопасти должны быть длиной от обода колеса до втулки, а шириной 2-4 см. Эти лопасти устанавливаются между спицами любым подручным способом или заранее заготовленными креплениями.

Если вы используете две лопасти, то установите их напротив друг друга. Если захотите добавить большее количество лопастей, то разделите окружность колеса на число лопастей и установите их через равные промежутки. С глубиной погружения колеса с лопастями в воду можете поэкспериментировать. Обычно его погружают от одной трети до половины.

Вариант походной ветроэлектростанции рассматривался ранее.

Такая микро ГЭС не занимает много места и отлично послужит велотуристам — главное наличие ручья или речушки — что обычно и есть в месте разбивки лагеря. Мини ГЭС из велосипеда сможет освещать палатку и заряжать сотовые телефоны или другие гаджеты.

Источник

Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

Всегда хотел получить электричество из ручья, протекающего по периметру моего дома. Около трех лет назад я установил временную турбину, чтобы проверить, будет ли работоспособным турбинное колесо большего размера.

Демо-версия этого колеса была сделана из старых подставок для абразивных кругов и деревянных паллет в качестве лопастей.

В качестве генератора я использовал старую ленту постоянного тока из приводного двигателя Ametec. Чтобы приготовить все полностью, я использовал мини-мотоцепь и звездочки с 70 и 9 зубцами (для вращения колеса и на двигателе). Стоимость всех предметов вылилась примерно в 30 фунтов стерлингов.

Максимально оно генерировало 25 Вт и проработало где-то в течение года, главным образом из-за ограничений двигателя Ametec и размера колеса, и подтолкнуло меня к созданию турбины большего размера.

В первую очередь мне нужно было запрудить воду ручья, так, чтобы уровень воды был примерно мне по грудь. Не дожидаясь конца лета, я, с помощью водооткачивающего насоса отвел воду, сделал запруду из цемента.

Колеса турбины мне изготовили местные строительные компании из прочного многослойного материала, используемого для создания обшивки и настила в судостроении, толщиной в 13 мм. Из этого же материала я сделал и лопасти. В завершение я покрыл диски и лопасти специальным водоотталкивающим составом, чтобы продлить их жизнь.

Основу для турбины я соорудил из дубовых поленьев. Дуб оказался очень жестким, пришлось повозиться, пока я прикреплял поленья болтами к каменной раме. Пришлось сверлить отверстия, а для этого приходилось привязывать турбину, чтобы уравновесить ее и подогнать все размеры и затянуть болты.

Следующим шагом после установки колеса было решение вопроса с приводом и генератором.

Первоначально я использовал привод производства Minimoto, но затем маленькая цепь из-за интервала между зубьями начала соскальзывать, и я решил приобрести цепи с шагом 3/8 и звездочки у поставщика подшипников. Генератор поставил Windblue Power Permanent Magnet Generator (PMG). Он способен вырабатывать 12 В на 150 об./мин. Его часто используют в качестве переделанного автомобильного генератора. Обычный генератор выдает 12 В лишь при 3000 оборотах. Этот двигатель я заказал в США за 135 фунтов стерлингов, включая расходы на почтовую пересылку.

Колесо крутилось слишком медленно, и мне пришлось делать под запрудой ступенчатый поддон, на котором вода собиралась в узкое жерло и с большей силой лилась на лопасти.

Кроме того я прикрутил стальным тросом сечением в 1 см основные рейки каркаса, а там, где была возможность, укрепил базу с помощью анкерных болтов длиной в 1 фут, чтобы уберечь устройство от поломки, если вдруг плотину прорвет или будет сильный порыв ветра.

На турбине установлены аккумуляторы 4x55AH Brand New. С их помощью я постоянно подзаряжаю ноутбук. Также я купил два военных тяговых свинцовых аккумулятора 2х110Аh Hawker для освещения гаража и дома. Подача напряжения на два разных по типу аккумулятора идет с разных проводов.

Примерно год я эксплуатирую эту систему. Выходная мощность — 50 Вт, на пике выдает до 500 Вт. Пару раз турбина останавливалась из-за спада воды, а также из-за перекрытия основного потока во время наводнений. А так – круглый год работает.

Перевод: Ярослав Николаевич

Соорудить мини-ГЭС своими руками под силу каждому

«Зеленые» всего мира все чаще и все более активно протестуют против разработки новых месторождений нефти, газа, угля, а также массового использования двигателей внутреннего сгорания во всем мире, которые и приносят самые сильные загрязнения нашей среды обитания. Знаменитости из мира моды, театра, кино, призывают жить экономнее в плане расхода электроэнергии. Они устанавливают на крышах своих особняков солнечные батареи, ветровые генераторы (как актёр Леонардо Ди Каприо, например).

Все больше простых людей также понимают, что и от их поведения что-то может зависеть, и если хотя бы один человек найдет альтернативу двигателю внутреннего сгорания, то тогда мир станет чуточку чище. Поэтому в деревнях, поселках и в нашей стране, там, где есть падающая или бегущая вода, некий бассейн с водой на возвышенности, есть возможность сделать мини ГЭС своими руками и, тем самым, помочь и себе и ее Величеству Природе. Это ведь альтернатива бензиновому или дизельному генератору, который все равно работает на топливе и дает едкий выхлоп в окружающую среду.

А если не один человек, не одно домохозяйство решило найти альтернативный путь получения электроэнергии? Если целый поселок, деревня, аул? Тут уже нагрузка на Природу уменьшится значительно. Да и в кармане у потребителя останется больше денег на домашние нужды, ибо электричество от мини ГЭС, созданной руками и умом энтузиастов выходит примерно раза в три дешевле, чем покупать его от штатных производителей (ТЭЦ, Атомные станции, промышленные ГЭС).

В поисках нужной воды

Недавно я увидел небольшое видео, где показывалось, как в обычной индийской деревне студенты одного из западных колледжей решили сделать мини ГЭС. Электричества в той глуши нет, молодые люди бегут в города, а что произойдёт, если дать жителям свет? Реки как таковой в деревне нет, зато есть водоем. Природная чаша с огромным количеством воды расположена немного выше уровня деревни. Что придумали студенты?

Они своими умными головами сообразили, что раз нет здесь течения от Природы, его можно создать! Руками нанятых рабочих была смонтирована крытая длинная труба диаметром с метр, и один конец ее замкнулся на водоем, а другой — внизу, уходил в небольшую и тихоходную речку. За счет перепада высоты вода из водоема по трубе устремлялась вниз, разгоняясь все больше, и на выходе уже создавался довольно мощный поток, который упирался в лопасти мини ГЭС. Труба, в которую заключили воду водоема, сбегает вниз по склону холма настолько живописно, что кажется, будто огромный питон медленно ползет сверху вниз и своими размерами вселяет ужас в местных жителей. Его хочется потрогать руками, пощупать, почувствовать его мощь.

Если нечто подобное создают в индийской деревушке, то почему не попробовать сделать то же самое в российской? Если рядом нет быстротечной реки, но есть водоем, то и тут возможно строительство мини ГЭС. Нужно просто смотреть рельеф местности, но понятно одно: водоём — пусть он будет природный, или искусственный — должен быть расположен выше, нежели место, где будет установлена гидроэлектростанция. Если разница высот значительная – еще лучше! Поток воды будет бежать сильнее сверху вниз, а значит, возрастет возможная мощность получаемой электроэнергии.

Необязательно покупать дорогие трубы для организации искусственного водного течения. Можно своими руками сделать некий желоб, и пусть пока по нему разгоняется вода из водоема. Для начала лучше вообще взять любые подручные средства, старые трубы пусть и небольшого диаметра пока, и соорудить пробный вариант слива воды из водоема, что расположен выше. Так можно будет измерить скорость потока (как это сделать я уже писал ранее). Если же под боком течет река с быстрым течением, то тогда и не надо строить ни плотин, ни желобов, ни создавать поток воды искусственно. Мини ГЭС в форме гирлянды, пропеллера, ротора Дардье или водяного колеса могут быть установлены в таких местах без особых проблем.

Важно будет защитить сооружение. Как? Впереди мини ГЭС следует установить защитный экран из сетки, или рассеиватель, чтобы плывущие по реке обломки деревьев, а то и целые бревнышки, а также живая и мертвая рыба, всякого рода мусор не попадали на лопасти турбины, а проплывали мимо.

Простейшая мини гидроэлектростанция станция своими руками

Создать собственную мини-ГЭС своими руками способен почти каждый. Примеры? Многие туристы для получения освещения в условиях похода используют обыкновенный велосипед, на котором и передвигаются. На любое колесо велосипеда они устанавливают между спицами перемычки из кусков, скажем, тонкого железа и сначала руками, а затем плоскогубцами заводят края листа за спицу, тем самым фиксируя перемычку. Длина перемычки должна соответствовать половине диаметра колеса, то есть перекрывать расстояние от обода до втулки. По сути, она должна быть равна длине спицы. Оптимальным будет установить четыре таких перемычки по типу сторон света: Север, Юг, Запад, Восток. Далее потребуется обычный велогенератор и фонарик подключенный к нему.

Пора выбираться в поход. На ночлег нужно остановиться у реки. Ну и пусть, что комары закусают! Зато получится сделать видео вечеринки, наделать фотографий у костра. Это же очень живописно! Вода в реке должна иметь заметное течение и тогда наша походная мини гидроэлектростанция будет работать. «Да будет свет!» — сказал монтер и сделал замыкание. Нет, это не про нас.

«Да будет свет!» — сказал турист и опустил колесо с перемычками из железа на треть в воду бегущей реки. Сам велосипед ставится на небольшую подставку, или подвешивается за дерево или колышек на берегу так, чтобы колесо на треть было погружено в поток. Вода давит на перемычки, крутит колесо, генератор преобразует энергию воды в ток и мини-фонарик освещает место стоянки.

Нет риска, что батарейки попались бракованные, как в случае применения обычного фонаря, нет риска, что они «сядут», их не надо брать собой в поход в большом количестве. Течение реки никуда не исчезнет. Туристы, чаще всего, предпочитают останавливаться в проверенных местах. Так что, единожды получив электрический ток посредством минивело-ГЭС на месте ночлега, они будут помнить это место и постараются коротать темное время суток именно здесь.

Трудности согласования

Однако, зажечь одну свечу, образно говоря, это одно, а вот зажечь тысячи, дать людям свет, как то сделал Прометей, это совсем иное дело. Компактная гидроэлектростанция как источник электричества своим появлением в обыденном применении может нарушить устоявшуюся картину и состояние дел.

Крупнейшие монополии привыкли, что именно они производят электроэнергию для малых поселений, сбытовые дочерние структуры привыкли получать деньги за доставку товара – КВт\час потребителю. Куда в эту схему вписать мини — ГЭС? Да еще не подконтрольную монополистам? Сразу скажу, что согласовать такой проект с местными властями в России будет непросто, как впрочем, и всякое иное новое дело. Но результат стоит затраченных усилий.

В целом под компактной (мини) гидроэлектростанцией подразумевается такая станция, что выдает мощность до 100 квт. Народные умельцы, работая руками и головой, могут достаточно легко соорудить сию полезную штуку у себя в поселке или деревне, даже в частном домовладении. Но только если имеются соответствующие природные условия и желание что-то создать НОВОЕ, сэкономить денег, то есть в будущем меньше платить за электричество.

Если вы посмотрите видео, или фото некоторых мини- ГЭС, то увидите, что подчас они выглядят весьма странно. Но ведь для современников Леонардо Да Винчи его махолеты с огромными крыльями тоже казались по меньшей мере странными, а своими дерзкими опытами и идеями великий итальянец и вовсе наводил ужас на многих людей своего времени. Ну и что? Людей тех мы не помним. А чертежи и творения Леонардо будут жить в веках. Стройте мини-ГЭС своими руками, экспериментируйте, дерзайте! Природа и потомки скажут вам лишь «Спасибо»!

Михаил Берсенев

В Таджикистане тоже есть умельцы, не хуже индийских:

Как построить автономную мини-ГЭС своими руками

Гидроэлектростанции используют силу воды для получения электрической энергии. Самостоятельно изготовленные станции решают проблему удаленности от централизованных электросетей или помогают сэкономить на электричестве.

Преимущества и недостатки ГЭС

Гидроэлектростанции обладают следующими преимуществами перед другими видами альтернативных источников энергии:

Не зависят от погоды и времени суток (в отличие от солнечных электростанций). Это позволяет вырабатывать большее количество энергии с предсказуемой скоростью.
Мощность источника (реки или ручья) можно регулировать. Для этого достаточно заузить русло плотиной либо обеспечить перепад высот воды.
Гидроустановки не издают никакого шума (в отличие от ветряков).
Для многих типов станций небольшой мощности не требуется никаких разрешений на установку.

К минусам самодельных ГЭС относится невозможность работать в мороз. Кроме того, водная среда является агрессивной, поэтому детали станции должны быть водостойкими и прочными.

Скорость течения и способы его усиления

При проектировании мини-ГЭС для использования в качестве альтернативного источника энергии для собственного дома решающими должны быть следующие факторы:

Близость реки к дому. Устанавливать самодельную станцию в удалении от дома не стоит. Чем дальше установка, тем ниже ее эффективность, потому что часть энергии будет потеряна при передаче. Кроме того, так сложнее уберечь вашу ГЭС от кражи или порчи.
Достаточная скорость течения или возможность его увеличения. Мощность станции увеличивается в геометрической прогрессии при увеличении скорости воды.

Узнать скорость несложно. Бросьте кусочек пенопласта или теннисный шарик в воду и засеките время, за которое он проплывет определенную дистанцию. Затем разделите метры на секунды и вы узнаете скорость. Минимально достаточная скорость воды для самодельной ГЭС — 1 м/с.

Если скорость течения вашей реки или ручья ниже этого значения, то ее усилит маленькая плотина либо сужающаяся труба. Но эти варианты могут вызвать дополнительные трудности. Строительство плотины требует разрешения от властей, а также согласия соседей.

Мини-гидроэлектростанция своими руками

Конструкция ГЭС достаточно сложная, поэтому самостоятельно удастся построить лишь небольшую станцию, которая позволит сэкономить на электричестве или обеспечит энергией скромное хозяйство. Ниже приведены два примера реализации самодельной ГЭС.

Как сделать мини-ГЭС из велосипеда

Этот вариант ГЭС идеален для велопоходов. Он компактный и легкий, но сможет обеспечить энергией небольшой лагерь, разбитый на берегу ручья или реки. Полученного электричества хватит на вечернее освещение и зарядку мобильных устройств.

Для монтажа станции понадобится:

Переднее колесо от велосипеда.
Велогенератор, который используется для питания велосипедных фонарей.
Самодельные лопасти. Их вырезают заранее из листового алюминия. Ширина лопастей должна быть от двух до четырех сантиметров, а длина — от втулки колеса до его обода. Лопастей может быть любое количество, располагать их нужно на одинаковом расстоянии друг от друга.

Чтобы запустить подобную станцию, достаточно погрузить колесо в воду. Глубина погружения определяется экспериментально, примерно от трети до половины колеса.

Как построить мини-ГЭС на основе водяного колеса

Для постройки более мощной станции для постоянного использования понадобятся более прочные материалы. Лучше всего подойдут металлические и пластиковые элементы, которые легче защитить от воздействия водной среды. Но годятся и деревянные детали, если пропитать их специальным раствором и покрасить водостойкой краской.

Для станции необходимы следующие элементы:

Стальной барабан от кабеля (2,2 метра в диаметре). Из него изготавливается ротор-колесо. Для этого барабан разрезается на части и сваривается заново на расстоянии в 30 сантиметров. Из остатков барабана делают лопасти (18 штук). Их приваривают к радиусу под углом в 45 градусов. Для поддержки всей конструкции из уголков или труб изготавливают раму. Колесо вращается на подшипниках.
На колесо устанавливается цепной редуктор (коэффициент передачи должен равняться четырем). Чтобы легче свести оси привода и генератора, а также снизить вибрацию, вращение передается через кардан от старого автомобиля.
Для генератора подходит асинхронный двигатель. К нему следует добавить еще один шестеренчатый редуктор с коэффициентом около 40. Тогда для трехфазного генератора с 3000 оборотами в секунду при общем коэффициенте редуцирования 160 количество оборотов снизится до 20 оборотов в минуту.
Поместите всю электрику в водонепроницаемую емкость.

Описанные исходные материалы легко найти на свалке или у знакомых. За резку стального барабана болгаркой и за сварку можно заплатить специалистам (или же сделать все самостоятельно). В итоге ГЭС мощностью до 5 кВт обойдется в незначительную сумму.

Получить электричество из воды не так и сложно. Труднее выстроить автономную систему электроснабжения на основе самодельной ГЭС, поддерживать станцию в рабочем состоянии и обеспечивать безопасность людей и животных вокруг нее.

Как сделать мини-ГЭС своими руками / GEF Small Grants Programme, Программа малых грантов в Узбекистане

Главная > Новости > Как сделать мини-ГЭС своими руками

Если недалеко от вашего дома есть небольшая речка, вы можете использовать такой генератор для получения чистой энергии. Это схему разработал один американский рационализатор и собрал мини-ГЭС всего за три дня.

Как сделать генератор для домашней ГЭС | by Maxim Zalevski

Сегодня мы будем изучать проект создания генератора для домашней гидроэлектростанции. Гидроэнергетика является одним из основных источников возобновляемой энергии в мире и составляет пятую часть электроэнергии по всему миру.

Читайте также:
Как сделать мини-ГЭС своими руками
Turbulent — новая вихревая мини-ГЭС которая не вредит рыбе и не сбивает силу течения
Blue Freedom — самая маленькая гидроэлектростанция

Есть два способа сделать электрический генератор дома, либо с помощью динамо или построить свой собственный генератор.
Генератор состоит из двух частей:

Статор, та часть, которая не двигается и оборудована катушками для сбора электроэнергии.
Ротор, движущаяся часть и имеющая магниты, которые индуцируют электричество в катушках.

Создание гидроагрегата.

Первое, что мы делаем, это печать дисков лопастей, которые вы можете найти здесь.

Этот вентиль будет придерживаться куском гофрированного картона, старайтесь избежать комков при вставке. С помощью резака вырезаем ротор и статор.
Мы сделаем небольшое отверстие в центре ротора, используя гвоздь.
Сложите кусок картона 3 х 16 см пополам и намотайте проволку как показано на рисунке. Эта коробка будет нашим проводником к катушкам.

Подготовьте 8 полосок 4 см ленты перед следующей стадией. Раскатайте эмаль медной проволоки через направляющую, чтобы сформировать первую катушку так чтобы было около 200 кругов.

Тщательно зафиксируйте катушки изолентой, чтобы сохранить их форму. Зачистите кончики каждого провода наждачной бумагой (около 1 см от каждого конца). Убедитесь, что часть кабеля полностью заизолированна. Повторите описанные выше шаги, чтобы сделать остальные три катушки.

Сборка бабины

Поместите катушки на диске статора, соблюдая направление, указанное в шаблоне (две катушки, намотанные по часовой стрелке и две против часовой стрелки). Подключите провода так, чтобы ток следовал по пути, указанному стрелками, начиная с катушки против часовой стрелки нижнюю левую сторону. Каждое соединение обязательно заизолируйте.
Проверьте правильно ли выполнены соединения измеряя сопротивление с помощью мультиметра. Если соединения хорошо сделаны, сопротивление должно быть небольшим (<10 Ом).
После того, как вы подтвердили хорошую производительность, закрепите катушки статора с помощью силикона. Дождитеть пока силикон высохнет перед размещением очередной катушки.
Возьмите 4 керамических магнита примерно 18 мм в диаметре. С помощью магнитного компаса определите полярность каждой стороны магнита и пометьте два магнита северных и два южных.
Закрепите силиконом магниты, чередуя полярность (NSNS) как показано на рисунке.

Сборка турбины

Для сборки турбины, мы должны проколоть центр пробки от 3 до 5 см сверлом 1/4 “. Поместите пробку на шаблоне с помощью карандаша и отметьте места, где будут расставлены ложки.

С помощью ножа, просверлите отверствия в отмеченных местах. Нарежьте 8 пластиковых ложек, оставляя сантиметр от ручки. Зафиксируйте ложки в пробке и отрегулируйте угол и глубину каждой ложке таким образом, чтобы они имели один и тот же угол наклона по отношению к пробке. Закрепите все ложки силиконом.
Возьмите пластиковую бутылку 4 л прямоугольной формы, вырежьте ее ножницами или острым ножом, как показано на фото.

С помощью линейки отмерьте центр на одной из боковых сторон. Отметьте эту точку несмываемым маркером. Повторите на противоположной стороне. Пробейте обе стороны сверлом 1/4 на отметке, которую вы сделали.
С помощью ножниц вырежьте 2 трубки ПВХ 1/4 “. Трубка должна проходить через центр пластикового контейнера, статор и вал, как показано на рис.

Дюбель вставляется через турбину и контейнер, как показано на рисунке выше. Турбина расположена внутри контейнера таким образом, чтобы ложки находились ниже узкого места. также регулируем положение винилового шланга так, чтобы они не касались внутренней части контейнера. Теперь поместите вторую трубку после того, как установите статор. Трубки помогают держать все части турбины на месте, когда он крутится. Включаем турбину, чтобы проверить, что турбина не падает внутрь контейнера.
Вставьте ротор на валу. Магниты должны быть около 2 или 3 мм от катушек. Поверните вал, чтобы проверить, что магниты не попали на катушки. Регулирутйе угол наклона диска, если это необходимо.
Если ротор вращается плавно, он фиксирует положение размещения горячего клея на дюбель.
Поместите контейнер рядом с трубой и вращайте турбину с водой. Измеряйте с помощью мультиметра энергию, которую они производят.
Вот некоторые видео-примеры по созданию домашней гидроэлектростанции:

По материалам: Re-Energy

Можете ли вы превратить свой дом в гидроэлектростанцию?

Автор New Scientist, партнер Energy Realities

Ни у кого нет ответов на все вопросы мировой энергетики, поэтому New Scientist объединилась с
Статойл
для поиска решений в аудитории New Scientist.

Был задан вопрос: сколько электричества можно было бы произвести, если бы вы подключили турбину к системе подачи воды под давлением, поступающей в ваш дом? Повлияет ли это на поставщика воды или ваших соседей?

В то время, когда нам нужно больше низкоуглеродных источников электроэнергии, домашняя гидроэнергетика кажется отличной идеей.

И оказывается, что выработка электроэнергии из воды, протекающей по трубам, уже используется, хотя и не так, как предусмотрено в вопросе. Эндрю Лобихлер, основатель и технический директор XYZ Interactive из Торонто, отмечает в LinkedIn, что некоторые водомеры уже включают в себя небольшую турбину для выработки электроэнергии для питания радио, которое отправляет данные о потреблении домашних хозяйств на ретрансляционную станцию. Они используют лишь небольшую часть энергии потока, поэтому вода по-прежнему достигает самых высоких частей домов, которые они обслуживают.

Турбины также могут использоваться в гораздо больших водяных трубах. Майкл Полод, аналитик по рискам и нормативным требованиям TransCanada, указывает на их использование в трубах диаметром более 60 сантиметров. Его свидетельство исходит от компании Lucid Energy из Портленда, штат Орегон, которая устанавливает турбины с вертикальной осью внутри труб и генераторы электроэнергии на них. Компания считает, что, удаляя избыточное давление в системах с гравитационным питанием, она может генерировать 100 киловатт и более без нарушения потоков. Замечательно, что эта система также может работать со сточными водами — новой формой энергии из отходов.

Если гидроэнергетика работает на больших трубах, будет ли она работать в масштабе отдельных домов? Даже если ответ положительный, Стив Орчард из Глостершира указывает, что существует юридическое препятствие, которое необходимо преодолеть, по крайней мере, в Великобритании. Это связано с тем, что использование водопроводного крана для выработки электроэнергии противоречит частям Положения о водоснабжении (водопроводной арматуре) 1999 года, которые призваны избежать потерь воды.

Но есть ли ответ «да»? Мы получили много ответов от людей, которые проводили эксперименты и сложные математические вычисления, чтобы проверить идею. Физика Престижность всем вам. Скорость потока воды сильно различалась, но ответов не было. Был достигнут полный консенсус в отношении ценности этой схемы, о чем свидетельствуют заявки-победители в этом месяце:

Дома я провел простой эксперимент, чтобы разобраться в этом, подсчитав, сколько времени нужно, чтобы наполнить ведро известного объема водой при полностью открытом кране. Я обнаружил, что мой внешний кран, питаемый непосредственно из восходящей магистрали, идущей с улицы, будет подавать 30 литров в минуту, или 0.5 литров в секунду. Это поток из одного крана, но на практике восходящая магистраль может питать сразу несколько кранов, каждый из которых работает на полный проход. Я мог запустить сразу три крана, прежде чем расход уменьшился. Так что, похоже, моя восходящая магистраль имеет приблизительную производительность 1,5 литра в секунду. Это массовый расход 1,5 килограмма в секунду. Я знаю, что диаметр магистрали составляет около 13 миллиметров — стандартный размер трубы здесь, в Великобритании, — поэтому я могу подсчитать, что вода движется со скоростью 11 метров в секунду (это объемный расход, деленный на площадь поперечного сечения трубы. ). 2, где м — 1,5 кг / с, а v — 11 м / с. Обработка чисел дает энергию около 90 джоулей в секунду — или 90 ватт, если вы можете собрать ее со 100-процентной эффективностью.

Но вы не можете сделать турбину такой хорошей. Самая лучшая из практичных турбин имеет КПД около 66 процентов, так что реально вы получите около 60 Вт на валу турбины в вашей магистральной трубе. Но, опять же, небольшие электрические машины заведомо неэффективны, так что вам повезет, если вы получите половину этой суммы в виде электричества.Я мог рассчитывать получить около 30 ватт электроэнергии от турбины, если бы я был доволен тем, что не использовал воду из нее для каких-либо других целей.

Однако это было бы серьезно антиобщественным поступком. Вода, которая поступает в мой дом, течет из хозяйственного резервуара на вершине близлежащего холма. Сама по себе она не дойдет, и моей водопроводной компании приходится тратить энергию, чтобы перекачивать ее в гору. Вода, конечно же, подвергается дорогостоящей обработке, чтобы сделать ее пригодной для питья, поэтому ее сливают в канализацию со скоростью 1.5 литров в секунду — это 130 тонн воды в день — для производства незначительного количества энергии было бы ужасной тратой.

«Я только что проверил, сколько моя местная компания водоснабжения будет взимать за такое количество воды (около 47 500 тонн в год) при поставке по счетчику. Это около 57 600 фунтов стерлингов. Это смехотворно дорогой способ выработать 30 ватт электроэнергии. Попробуй это дома, ребята! »

Ричард Эллам, Бристоль, Великобритания

«Поставщик воды, безусловно, будет смутно относиться к этой деятельности, считая ее неправильным использованием воды, но ее влияние на общее водоснабжение будет незначительным.Ваш сосед тоже не заметит никакой разницы, если вы не используете очень длинную подающую трубу с малым диаметром. Причина неутешительного количества вырабатываемой электроэнергии не в низком давлении — многие электростанции «русла» работают на одинаковых напорах (высота водохранилища над турбиной). Проблема в очень низком расходе. Напротив, относительно небольшой гидроэлектрический генератор мощностью 10 мегаватт будет иметь производительность около 60 кубических метров в секунду. Это много ведер.»

Алан Брукман, Сабден, Ланкашир, Великобритания

«Если электричество, произведенное таким образом, будет рассматриваться как« бесплатная »энергия, и если вам повезет не измерить воду, возникнет великое искушение позволить большему количеству воды проходить через вашу турбину. Это повлияет на ваш соседей, если это поможет ввести запреты на использование шлангов раньше во время засухи, и потому, что поставщикам воды необходимо будет поставлять больше воды, и их расходы будут переложены на потребителей.»

Пенни Джонсон, Уоттон-андер-Эдж, Глостершир, Великобритания

Этот контент редактируется независимо New Scientist по заказу Statoil. Номер ранее появлялся в блоге Energy Realities.

Узнайте больше об энергетических реалиях.

Наполните свой дом водой — мероприятие

(0 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 9
(9-11)

Требуемое время: 3 часа

(Провести как углубленный дизайн-проект с тремя классами. )

Расходные материалы на группу: 2,00 доллара США

Размер группы: 3

Зависимость действий: Нет

Тематические области:
Земля и космос, Физические науки, физика, наука и технологии

Ожидаемые характеристики NGSS:

Резюме

Студенты узнают, как инженеры проектируют устройства, использующие воду для выработки электроэнергии, путем создания моделей водяных турбин и измерения результирующего тока, вырабатываемого в двигателе.Команды учащихся работают в процессе инженерного проектирования, чтобы построить турбины, проанализировать производительность своих турбин и произвести расчеты, чтобы определить наиболее подходящие места для строительства плотин.
Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

На протяжении всего времени люди использовали энергию падающей и текущей воды для производства электроэнергии — от водяных колес, используемых для измельчения зерна, до современных плотин гидроэлектростанций и городов-источников энергии.Инженеры разрабатывают многие из этих технологий. В некоторых регионах вода является надежным, чистым и недорогим возобновляемым источником энергии, подходящим для замены электростанций, работающих на ископаемом топливе. Сегодня инженеры-строители, инженеры-механики, экологи и электрики работают вместе, чтобы использовать энергию воды и вырабатывать электричество из этого ресурса.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

Спроектировать, построить и испытать модель ветряной турбины.
Опишите, как водяные турбины преобразуют энергию воды в электричество.
Перечислите несколько преимуществ и недостатков использования гидроэлектроэнергии.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12,
образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) ,
проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика;
внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Ожидаемые характеристики NGSS
HS-PS3-3.Спроектируйте, создайте и доработайте устройство, которое работает с заданными ограничениями для преобразования одной формы энергии в другую. (9–12 классы) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.

В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Сквозные концепции
Разработайте, оцените и / или доработайте решение сложной реальной проблемы, основываясь на научных знаниях, источниках доказательств, созданных студентами, критериях приоритета и компромиссных решениях. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	В макроскопическом масштабе энергия проявляется множеством способов, например, в движении, звуке, свете и тепловой энергии. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Хотя энергия не может быть уничтожена, ее можно преобразовать в менее полезные формы — например, в тепловую энергию в окружающей среде. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Критерии и ограничения также включают выполнение любых требований, установленных обществом, таких как учет вопросов снижения риска, и они должны быть количественно определены, насколько это возможно, и сформулированы таким образом, чтобы можно было определить, соответствует ли им данный проект. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Энергия не может быть создана или уничтожена — она только перемещается между одним местом и другим местом, между объектами и / или полями или между системами. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Современная цивилизация зависит от основных технологических систем. Инженеры постоянно модифицируют эти технологические системы, применяя научные знания и методы инженерного проектирования для увеличения выгод при одновременном снижении затрат и рисков. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие основные государственные стандарты — математика

Решите простые рациональные и радикальные уравнения с одной переменной и приведите примеры, показывающие, как могут возникнуть посторонние решения.(Оценки
9 —
12)
Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом?

Спасибо за ваш отзыв!
Используйте единицы как способ понять проблемы и направить решение многоэтапных проблем; последовательно выбирать и интерпретировать единицы в формулах; выбрать и интерпретировать масштаб и начало координат на графиках и дисплеях данных. (Оценки
9 —
12)
Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом?

Спасибо за ваш отзыв!
Решите квадратные уравнения путем осмотра (например,g., для x² = 49), извлечение квадратного корня, завершение вычисления квадрата, квадратная формула и факторизация в соответствии с исходной формой уравнения. Определите, когда квадратная формула дает комплексные решения, и запишите их как a ± bi для действительных чисел a и b.
(Оценки
9 —
12)
Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом?

Спасибо за ваш отзыв!
Перегруппируйте формулы, чтобы выделить интересующее количество, используя те же рассуждения, что и при решении уравнений.(Оценки
9 —
12)
Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом?

Спасибо за ваш отзыв!
Решите линейные уравнения и неравенства с одной переменной, включая уравнения с коэффициентами, представленными буквами. (Оценки
9 —
12)
Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом?

Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

Прототип — это рабочая модель, используемая для проверки концепции проекта путем проведения реальных наблюдений и необходимых корректировок. (Оценки
9 —
12)
Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом?

Спасибо за ваш отзыв!
Энергетические ресурсы могут быть возобновляемыми или невозобновляемыми.(Оценки
9 —
12)
Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом?

Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ

Колорадо — математика

Колорадо — наука

Разработать, передать и обосновать научно обоснованное научное объяснение потенциальной и кинетической природы механической энергии.
(Оценки
9 —
12)
Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом?

Спасибо за ваш отзыв!
Используйте соответствующие измерения, уравнения и графики для сбора, анализа и интерпретации данных о количестве энергии в системе или объекте.
(Оценки
9 —
12)
Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом?

Спасибо за ваш отзыв!

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимо:

цилиндрический деревянный брусок не менее 1 дюйма (2.54 см) в диаметре и около 8 дюймов (20 см) в длину
Рабочий лист водяной турбины

Пример цифрового мультиметра. Авторское право

На долю всего класса:

1 или 2 мультиметра или вольтметра
2 двухжильных щупа с зажимом типа «крокодил»
1-2 электродвигатели постоянного тока для хобби (доступны в RadioShack [рекомендуемые номера деталей: 273-223, 273-047 или 273-106] или в магазинах для хобби; убедитесь, что на валу нет шестерни)
дрель

Сверло

размером, равным диаметру вала мотора хобби
два деревянных блока 2 x 4, каждый примерно 5 дюймов (12.7 см) длинный
два гвоздя или шурупа 2,5 дюйма (6,35 см)
молоток или отвертка
один кусок ПВХ-трубы диаметром 3-5 дюймов (7,6-12,7 см) с внутренним диаметром, немного превышающим диаметр цилиндрических деревянных блоков, используемых для строительства турбины
различные материалы, из которых могут быть изготовлены лопатки турбины, такие как учетные карточки, пластиковые бутылки, бумажные или пластиковые стаканчики, картон, ДСП, толстый картон для плакатов, пенопласт, тонкие дюбели, бамбуковые шпажки и т. Д.
ножницы
клей
прочная лента, например изолента или упаковочная лента
вода
кувшин, пластиковые бутылки или чашки для хранения и наливания воды (чем больше, тем лучше)

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_housing_lesson04_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Предварительные знания

Базовое понимание концепций кинетической и потенциальной энергии, работы и мощности.Чтобы заполнить рабочий лист, умение решать основные алгебраические уравнения.

Введение / Мотивация

Плотина Гувера, Невада, США. Авторское право

Кто из вас когда-либо видел плотину Гувера в Неваде или видел изображение плотины Гувера? Одна из причин строительства плотины Гувера заключалась в том, чтобы не допустить попадания ила и отложений в реку Колорадо.Кто-нибудь знает, какую еще роль играет плотина Гувера? Верно; это еще и силовая установка. Плотина Гувера преобразует энергию движущейся воды реки Колорадо в электричество. Гидроэлектростанции есть по всему миру. Когда в 1935 году была построена плотина Гувера, это была крупнейшая в мире электростанция, вырабатывающая электроэнергию. В настоящее время это только 58 ^-я-я гидроэлектростанция в мире. Инженеры продолжают вносить значительные улучшения в конструкцию плотин, чтобы использовать силу воды.

Гидроэлектростанции, такие как плотина Гувера, вырабатывают электричество из воды, протекающей через плотину. Как только вода достигает турбин плотины Гувера, она движется со скоростью около 38 метров в секунду (85 миль в час). Учитывая, что весь поток реки Колорадо проходит через плотину Гувера, этот поток содержит много кинетической энергии. Вода получает эту кинетическую энергию из-за перепада высоты от резервуара к выпускному отверстию. Это падение высоты преобразует потенциальную энергию воды в кинетическую энергию.Разница в высоте воды известна как напор .

Пример закона сохранения массы: удерживая большим пальцем воду, текущую из шланга, проталкивает воду через меньшее отверстие, ускоряя поток. Copyright

Вода также ускоряется за счет протекания потока через меньшее отверстие, аналогично тому, как вы кладете палец на кран или шланг.Вы уменьшаете площадь потока воды, и чтобы компенсировать уменьшение площади, вода течет быстрее (в соответствии с законом сохранения массы ). Объединив эти два эффекта, сужая поперечное сечение, через которое протекает вода, и увеличивая передачу энергии от потенциальной до кинетической, инженеры спроектировали плотину Гувера для выработки максимальной мощности 2080 мегаватт.

Плотины, такие как плотина Гувера, также могут контролировать свою мощность.Когда спрос высок, производятся корректировки, чтобы больше воды протекало и производилось больше электроэнергии. Гидроэлектроэнергия не всегда вырабатывается так же, как плотина Гувера. В некоторых гидроэлектрических технологиях для выработки электроэнергии используется только напор между водохранилищем и выпускным отверстием. Вместо плотины другие гидроэлектростанции просто используют небольшой канал для направления речной воды через турбину. Другие заводы перекачивают воду только через трубу, а затем через турбины, используя поток реки для выработки электроэнергии.

Принцип работы турбины довольно прост. Вода ударяется о лопатки турбины и раскручивает турбину, которая соединена с генератором валом. Вал вращает генератор, заставляя его производить ток. Вырабатываемая электроэнергия направляется по линиям электропередач энергосистемы туда, где она необходима. Не вся энергия воды переходит в электрическую; во время передачи часть энергии теряется из-за трения между валом и генератором, а также между водой и лопастями.Даже в этом случае многие турбины работают с КПД выше 90%.

В настоящее время во всем мире используются несколько различных типов турбин. У каждого из них есть преимущества и недостатки, связанные с величиной напора и расходом воды. Инженеры должны проанализировать все, что касается плотины, реки и образовавшегося водохранилища, чтобы определить лучший тип турбины для использования.

Пример турбины. Обратите внимание на формы лезвия. Copyright

Традиционно для выработки электроэнергии на электростанциях использовался уголь. Почему община может захотеть использовать воду вместо угля в качестве источника энергии и электричества для своих зданий? Уголь — это пример невозобновляемого источника энергии или источника энергии, который естественным образом не восполняется за короткий промежуток времени. Однако вода — это возобновляемый источник энергии. Круговорот воды на Земле обеспечивает заполнение рек и озер. Вода также является более чистым способом производства электричества, поскольку во время процесса в атмосферу не попадают загрязнители и углекислый газ.При сжигании угля в воздух выбрасываются многочисленные загрязнители, влияющие на здоровье людей и окружающую среду. Один из способов, которым инженеры помогают нам увеличить использование возобновляемых источников энергии, — это проектирование и строительство плотин гидроэлектростанций.

Плотина Гувера — пример огромной гидроэлектростанции, которая вырабатывает огромное количество электроэнергии для национальной энергосистемы. Но гидроэлектроэнергия также является жизнеспособным возобновляемым ресурсом в меньших масштабах; это то, что используют некоторые люди, когда они живут в отдаленных районах возле круглогодичных ручьев.Размышляя о проектировании энергоэффективного дома, использование энергии воды — это один из способов выработки электроэнергии вне сети и повышения эффективности конструкции нашего жилья. Сегодня мы собираемся разработать и проанализировать модели водяных турбин и то, как их можно использовать для выработки электроэнергии для энергоэффективных домов.

Процедура

Фон

Для плотин, вырабатывающих электроэнергию за счет разницы в высоте воды, расчет мощности на выходе может быть выполнен за несколько математических шагов.Начните с определения энергии системы. Если вы знаете напор воды (или разницу в высоте воды), то потенциальная энергия воды в резервуаре равна:

где PE — потенциальная энергия, m — масса воды, g — ускорение свободного падения (9,8 м / с ²), h — напор воды. Эта потенциальная энергия может быть преобразована в кинетическую энергию с помощью следующего уравнения:

где v — скорость воды.Поскольку энергия никогда не может быть создана или потеряна (закон сохранения энергии ), потенциальная энергия равна кинетической энергии системы. Используйте кинетическую энергию, чтобы определить скорость воды, протекающей через турбины.

Мощность, вырабатываемая плотиной, зависит от расхода воды. Расход воды — это просто объем во времени (наиболее распространенные единицы: м ³ / с). Самый простой способ рассчитать расход воды — это сначала вычислить или определить скорость воды.Скорость воды, умноженная на площадь поперечного сечения, через которую она протекает, дает вам расход Q.

Массовый расход воды — это просто масса воды во времени или кг / с. Используйте следующее уравнение для расчета массового расхода:

, где Q — расход, а ρ — плотность воды (1000 кг / м ³). (Примечание: любая переменная с точкой просто означает, что переменная изменяется во времени. Таким образом, ṁ [массовый расход] — это просто масса, деленная на время.) Мощность, генерируемая этой текущей водой, тогда просто:

Перед мероприятием

За несколько дней до мероприятия попросите учащихся собрать и принести из дома различные пластиковые бутылки, картон и другие материалы, из которых можно сделать лопатки турбин.
Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа гидротурбины, по одной на группу.
Просверлите на одном конце каждого цилиндрического деревянного бруска отверстие, диаметр которого равен диаметру вала электродвигателя хобби.Поместите отверстие как можно ближе к точному центру дерева.
Соберите устройство (а) для испытания турбины, используя деревянные бруски, гвозди или винты, трубу из ПВХ, двигатель постоянного тока, изоленту и провода с зажимом типа «крокодил», как показано ниже. Соберите устройство для испытания классовой турбины. Прибейте или прикрутите два деревянных бруска. Приклейте ПВХ-трубу и двигатель к основанию из деревянного блока. Подключите двигатель к мультиметру. Авторское право
Copyright © 2009 Джейкоб Кросби, Программа ITL, Университет Колорадо в Боулдере
В этом упражнении каждая группа создает турбину на своих цилиндрических деревянных блоках, а затем по очереди размещает свои турбины на устройстве (ах) для испытания турбин класса для измерения напряжения.

Со студентами

Разделите класс на группы по три ученика в каждой.
Раздайте рабочие листы и деревянные бруски.
В ходе обсуждения в классе сформулируйте задачу, которую ученики пытаются решить, проектируя водяные турбины; это должно включать, как вырабатывать электричество для дома с использованием возобновляемых источников энергии.
В группах предложите учащимся обсудить, как они могли бы спроектировать свои водяные турбины. Возможные вопросы для рассмотрения: Сколько лезвий? Как их разложить? Из какого материала делать лезвия? Какая форма для лезвий? Попросите учащихся записать все свои идеи мозгового штурма на своих рабочих листах.
На основе анализа результатов своих мозговых штурмов попросите каждую группу согласовать одну конструкцию для своей модели турбины. Предложите им нарисовать свои рисунки на листах и объясните, почему они выбрали этот дизайн.
Затем попросите каждую группу использовать доступные материалы для создания прототипа своей турбины на основе проекта. Примечание. Поскольку двигатель будет помещен непосредственно в цилиндрический деревянный брусок, убедитесь, что учащиеся прикрепляют лопасти турбины к концу, противоположному отверстию, просверленному в деревянном бруске; это предотвращает падение двигателя прямо на пути воды во время тестирования.Вид спереди и сбоку на установку для занятий с мотором для хобби и мультиметром, подключенным к деревянному блоку одной команды и прототипу водяной турбины. Авторское право
Авторские права © 2009 Джейсон Кросби, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере
Когда группа завершит строительство своей турбины, попросите команду выйти на улицу или над большой раковиной, чтобы проверить, насколько хорошо она работает.
Для тестирования попросите группу продеть конец модели турбины через трубу из ПВХ на испытательном устройстве и на вал двигателя.Вы можете приклеить передний конец тестирующего устройства к поверхности, на которой он сидит, чтобы предотвратить движение во время тестирования. После подключения турбины попросите одного ученика налить воду на турбину. Попросите учителя или другого ученика измерить и записать время, в течение которого вода попадает на лопасти. Опытный образец конструкции водяной турбины студенческой команды испытывается путем непрерывного полива воды сверху лопастей. Авторское право
Copyright © 2009 Джейсон Кросби, Программа ITL, Колледж наук, Университет Колорадо, Боулдер,
Попросите каждую группу по очереди поливать лопасти своей турбины водой с трех разных высот, записывая данные в рабочий лист.
Попросите учащихся выполнить вычисления и анализ на своих рабочих листах.
Завершите обсуждение в классе, чтобы рассмотреть и сравнить результаты групп. Какие улучшения они бы внесли? Где бы они разместили турбины возле своих энергоэффективных домов? См. Дополнительные вопросы для обсуждения после занятия в разделе «Оценка».
Предложите студенческим командам представить свои проекты остальному классу, как описано в разделе «Оценка».

Словарь / Определения

сохранение энергии: физический закон, гласящий, что энергия системы должна оставаться постоянной и что энергия не может быть создана.

сохранение массы: физический закон, гласящий, что масса не может быть ни создана, ни разрушена.

энергия: способность объекта выполнять работу.

Передача энергии: процесс преобразования энергии из одной формы в другую.

Генератор: устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

голова: разница высоты воды между двумя точками.

гидроэнергия: энергия, вырабатываемая при движении или падении воды.

кинетическая энергия: энергия объекта из-за его движения.

невозобновляемый источник энергии: источник энергии, который не восполняется за короткий период времени.

потенциальная энергия: энергия, запасенная в объекте, в зависимости от его положения.

возобновляемая энергия: энергия, полученная из возобновляемых источников.

возобновляемый источник энергии: источник энергии, который восполняется естественным путем за короткий период времени.

вольтметр: прибор, измеряющий напряжение.

водяная турбина: механическое устройство, вырабатывающее электричество из движущейся воды.

работа: Механическая передача энергии от одного объекта к другому.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Мозговой штурм : В небольших группах предложите учащимся участвовать в открытом обсуждении.Напомните студентам, что никакая идея или предложение не являются «глупыми». Все идеи следует уважительно выслушивать. Спросите у студентов:

Как воду можно использовать для производства энергии и электричества?
Какие преимущества в создании и использовании гидроэлектроэнергии?
Какие есть недостатки?

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист : Попросите учащихся заполнить рабочий лист. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их уровень владения предметом.

Оценка после деятельности

Обсуждение в классе : Обсудите в классе следующие вопросы:

Какие части ваших конструкций, по-видимому, повышают эффективность способности турбин преобразовывать энергию воды в электричество?
Какие части ваших проектов, казалось, давали более низкую эффективность?
Как мы могли бы объединить различные дизайнерские идеи из всех групп в одну турбину, которая могла бы иметь больший КПД, чем отдельные турбины?

Презентация в классе : Попросите группы учащихся представить свои проекты остальной части класса.Попросите их включить описание того, насколько хорошо работают водяные колеса и какие улучшения они могут внести в свои конструкции.

Вопросы безопасности

Следите за тем, чтобы не проводить испытания турбины в местах, где пол станет скользким при намокании.
Не допускайте попадания воды прямо на двигатель. Небольшое разбрызгивание — это нормально, но поскольку здесь задействованы некоторые электрические соединения, большое количество воды может потенциально повредить двигатель или нанести вред ученику.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Некоторые двигатели имеют разъемы, которые легко обнаружить (два металлических куска торчат из двигателя с отверстием посередине), которые упрощают подключение проводов и мультиметров / вольтметров к выводам двигателя, в то время как другие этого не делают. При использовании двигателя, в котором разъемы отсутствуют на двигателе, ищите (как минимум) две прорези для разъемов на противоположных сторонах двигателя. Попросите учащихся вставить провода или мультиметры в две из этих прорезей.Если прорезей больше двух, попросите учащихся вставить провода в одну пару прорезей и вручную повернуть вал двигателя. Если мультиметр / вольтметр считывает напряжение или ток при вращении вала, то это разъемы. Если это не так, то другая пара прорезей — это соединитель. Попросите учащихся проверить двигатель на предмет показаний напряжения и тока на мультиметре / вольтметре.

Один из простых способов измерить напряжение на двигателе — присоединить электрический провод к разъемам двигателя и использовать зажимы типа «крокодил» на концах выводов мультиметра / вольтметра.Таким образом вы можете создать одну или несколько испытательных станций, и ученики могут просто прикрепить свои водяные турбины к установке.

Расширения деятельности

Попросите каждую команду поработать с другой группой, чтобы объединить части обеих конструкций для создания турбины, которая имеет лучший рейтинг эффективности, чем оригинальные прототипы турбин любой группы. Попросите учащихся написать пару коротких абзацев, описывающих, что они хотели бы добавить и исключить, и почему они думают, что эти изменения сделают их новую турбину более эффективной, чем отдельные турбины, которые они изначально сделали.

Решение задач — поток энергии и воды : попросите учащихся решить следующие математические задачи: Решение задач — поток энергии и воды: попросите учащихся решить следующие математические задачи:

При обсуждении использования электроэнергии часто используется киловатт-час (кВтч). Покажите, что единицы киловатт-часа эквивалентны единице энергии, джоуля. (Подсказка: Ватт = Дж / с)

Ответ на задачу 1.

Мощность, связанная с перепадом высоты текущей текучей среды, указана выше и равна: P = (массовый расход) gh.Покажите, что единицы этого уравнения эквивалентны единицам мощности СИ, ваттам.

Ответ на задачу 2.

Масштабирование активности

Для младших школьников удалите математический анализ с рабочего листа.

Дополнительная поддержка мультимедиа

См. Превосходный график, показывающий ключевые части гидроэлектростанции, включая резервуар, водозабор, регулирующий затвор, напорный водовод, генератор, турбину, трансформатор, электростанцию, отвод и линии электропередач на этом веб-сайте HowStuffWorks: http: // people.howstuffworks.com/hydropower-plant1.htm

использованная литература

Бонсор, Кевин. Как работают гидроэлектростанции. 6 сентября 2001 г. HowStuffWorks.com. По состоянию на 31 марта 2009 г. http://people.howstuffworks.com/hydropower-plant1.htm

Плотина Гувера, посещение плотины Гувера. Последний раз рассмотрено в марте 2009 г. Регион Нижнего Колорадо, Бюро мелиорации, Министерство внутренних дел США. По состоянию на 31 марта 2009 г.http://www.usbr.gov/lc/hooverdam/

Основы гидроэнергетики. Последнее обновление 8 января 2008 г. Программа ветроэнергетических и гидроэнергетических технологий, энергоэффективность и возобновляемые источники энергии, Министерство энергетики США. (как работает гидроэнергетика, типы гидроэлектростанций, типы гидроэнергетических турбин, глоссарий терминов) По состоянию на 31 марта 2009 г. http://www.eere.energy.gov/basics/renewable_energy/hydropower.html

авторское право

Авторы

Тайлер Малин; Лорен Купер; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант GK-12 No.0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику DOE или NSF, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 25 сентября 2021 г.