В статье представлена методология создания и использования альтернативного источника энергии для добычи электроэнергии при помощи потока воды.
Ключевые слова: энергия альтернативная, микрогенератор, преобразование энергии, поток воды.
В последние годы все большее внимания уделяется использованию возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, ветровая и гидроэнергия. В частности, гидроэнергия имеет большой потенциал для производства электроэнергии, особенно в местах с высоким уровнем водных ресурсов. Однако, большинство существующих гидроэнергетических систем требуют крупных инвестиций и занимают большую площадь.
В данной статье рассматривается разработка микрогидрогенератора бытового назначения, который будет использоваться для производства электроэнергии в домашних условиях. Этот генератор будет работать на основе потока воды, например, в трубе водоснабжения. Он будет компактным и легко устанавливаемым, что позволит использовать его в любом доме или квартире.
Гидрогенератор — устройство, состоящее из электрического генератора, механическим приводом (то есть тем, что приводит исполнительный механизм в движение) для которого служит гидротурбина.
Обычно генератор гидротурбинный представляет собой синхронную явнополюсную электрическую машину вертикального исполнения, приводимую во вращение от гидротурбины, хотя существуют и генераторы горизонтального исполнения (в том числе капсульные гидрогенераторы).
Механическая энергия, которой обладает тело или система тел определяется той работой, которую способны совершить силы, действующие на тело или систему тел. Кинетическая энергия — это энергия движущегося тела. Она зависит от массы и квадрата скорости движения тела.
Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия тел или частей тела. Тело в поле тяготения обладает потенциальной энергией.
Как следует из формулы (2) потенциальная энергия зависит от массы тела и высоты подъема тела над нулевым уровнем. Если не действуют силы сопротивления (или их влиянием можно пренебречь), то полная механическая энергия (E = K + P) тела (системы тел) сохраняется постоянной. Может происходить лишь превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот. Сумма же K + П = E = const в процессе движения остается постоянной. Если пренебречь силами сопротивления нельзя, то механическая энергия постепенно уменьшается, превращаясь в другие виды, например, в тепловую энергию, электрическую, и т. д.
В гидрогенераторе потенциальная энергия воды превращается в кинетическую, которая передается турбине. Турбина вращает генератор, вырабатывающий электроэнергию.
Итак, гидрогенератор превращает энергию воды в электрическую энергию, преимущество которой состоит в том, что она легко передается на большие расстояния (по проводам) и легко может быть преобразована в другие виды энергии.
Использование гидрогенератора предполагается в домашних условиях, а именно, использование его на трубах водоснабжения. Далее полученная электроэнергия может быть направлена на использование умных ламп, датчиков освещения и движения, камер слежения.
Для микро-гидрогенератора мощностью до 100 кВт оптимальным оборудованием будет крутящаяся турбина и низкооборотный генератор.
Для расчета мощности установки используется формула:
N = 9,81·Q·H·η (3)
где Q — расход воды, протекающий через турбину гидрогенератора (м3/с);
H — напор воды (м);
η — КПД генератора;
N = 9,81·0,0025·10·40 = 9,81 кВт = 9810Вт
Значения были взяты из показателей для 9 этажных домов. Рассчитанная мощность позволит питать некоторые устройства умного дома.
Далее необходимо приступить непосредственно к моделированию турбины.
Сначала создается основа гидрогенератора, используя примитивы, такие как кубы, цилиндры, конусы и плоскости. Далее, используя инструменты моделирования, такие как Extrude, Bevel и Loop Cut, добавляются детали к основной модели (Рис. 1).
Рис. 1. Построение 3D-модели генератора
Затем добавляются элементы гидрогенератора, такие как турбина, генератор и трубы. Исходя из того факта, что данная конструкция планируется для установки на трубы обычных домов, моделируются элементы водоснабжения стандартного диаметра. (Рис. 2).
Рис. 2. Готовая 3D-модель
После создания 3D-модели необходимо экспортировать ее в формат, который может быть использован 3D-принтером. В данном случае это формат stl. После этого модель можно отправить в печать.
Перед печатью необходимо подготовить модель в слайсере (в данной работе используется Cura). В данной программе задаются настройки для дальнейшей печати модели принтером:
— Слой 1,5 мм;
— Скорость 60 мм/сек;
— Плотность 100 %.
Для печати был выбран пластик типа PLA.
Рис. 3. Напечатанная модель гидрогенератора
Основными преимуществами такого гидрогенератора являются его компактность, удобство использования и возможность установки на трубы разного диаметра. Благодаря 3D-прототипированию, процесс разработки становится более быстрым и эффективным, что позволяет доработать дизайн и функциональность устройства.
Также стоит отметить, что микрогидрогенераторы могут быть использованы в удаленных и труднодоступных регионах, где отсутствует централизованное электроснабжение. Он может быть эффективной и экологически чистой альтернативой традиционным источникам энергии.
Таким образом, разработка микро-гидрогенератора бытового назначения с применением 3D-прототипирования имеет большое потенциальное значение для развития возобновляемых источников энергии. Это инновационное решение, которое может значительно повысить энергоэффективность и устойчивость энергосистем, а также снизить негативное воздействие на окружающую среду.
Литература:
- [Электронный ресурс] URL-ссылка: https://pikabu.ru/story/mikromini_gyes_dlya_doma_dlya_khozyaystva_i_td_kratkiy_obzor_3981138?utm_source=linkshare&utm_medium=sharing
- [Электронный ресурс]/URL-ссылка: https://alter220.ru/voda/mikro-ges.html
- [Электронный ресурс]/URL-ссылка: http://rina.pro/napravleniya-deyatelnosti/alternativnaya-energetika/mikro-gidro-elektrostancii
- [Электронный ресурс]/URL-ссылка: https://sdelaysam-svoimirukami.ru/8392-kak-na-ruchej- sdelat-mini-gjes-s-vysokim-kpd- ne-trebujuschuju-vysokogo- napora.html
- [Электронный ресурс]/URL-ссылка: https://research.spbstu.ru/userfiles/files/fp/16.516.11.6107_rep.pdf
