Маленькая гідраэлектрастанцыя і гідраэлектрастанцыя ў трубе

У перыяд з ліпеня па верасень вада ў рэках пераходзіць у сцёкі. Многія з іх і сёння існуюць. Гідравелічная энергія з’яўляецца найбуйнейшым крыніцай аднаўляльнай электрычнасці на Зямлі, каля 15% сусветнай электрычнасці ў 2023 годзе, у асноўным з буйных плошчаў (гл.Гідравіка). Гэтая старонка прысвечана іншаму канцу спектра: турбінам ад некалькіх кілават да некалькіх мегават у ручаях, старым млінным вадамётах, ірыгацыйных каналах і трубах, якія прыводзяць пітную ваду ў гарады.

Як на нашым Афіцыйная старонка ФК «Віцебск»Мы пачынаем з фізікі, а потым глядзім на тое, што рэальныя схемы вымераюць і што яны каштуюць у параўнанні з нашым эталонам, сонечнай панэллю на даху каля $ 0.19 за кВт / гадзіну. У ёй можна знайсці: *Малую глыбіню, якая дазваляе доўга і лёгка знаходзіцца ў вадзе. Але энергія проста часамі скарачаецца, большасць ручаёў і труб прапануюць толькі некалькі кілават, а пастаянныя выдаткі на дазволы, грамадзянскія работы і ахову рыбы падаюць многія малыя схемы. У гістарычным плане, гэтая тэрыторыя была заселена толькі ў эпоху неаліту.

Што гэта

«Малая гідраэлектрастанцыя» ахоплівае шэраг прылад, якія звычайна класіфікуюцца па памерах: маленькая да каля 10 МВт, міні ніжэй за 1 МВт або 500 кВт у залежнасці ад краіны, мікра ніжэй за 100 кВт і піка ніжэй за 5-10 кВт (малоя гідраэлектрастанцыя; мікрагідравелічыя станцыі). Практычна ўсё плынь: замест вадасховішча, нізкі плот адпраўляе частку ракі праз турбіну і вяртае яе ўниз по течению.


Гідравічныя трубы або каналізацыя кладзе турбіны ў вадаправодную інфраструктуру, якая ўжо існуе: вадаправодныя трубы, якія праходзяць з возера, клапаны, якія зніжаюць ціск перад тым, як вада дасягне дамоў, ірыгацыйныя каналы з каплямі, а таксама вытокі ад абслугоўвання. No new dam and no new river crossing, which is why the United States exempted conduit projects up to 5 MW from federal licensing in 2013.

Як гэта працуе

Адна раўнанне. Гідравальная турбіна пераўтварае патэнцыяльную энергію падачы вады ў электрычнасць. Моцнасць P = ρ × g × Q × H × η, дзе ρ — шчыльнасць вады (1000 кг на кубічны метр), g — цяжар (9,81 м/с²), Q — расход у кубічных метрах за секунду, H — вышыня, на якую падае вада, у метрах, і η — эфектыўнасць турбіны, генератара і трубаправодаў разам. Проста кажучы: кожны кубічны метр , які за секунду апускаецца на адзін метр , нясе 9.81 кВт. У вялікіх турбінах пераўтворыцца больш за 90 % энергіі, у малых — 50—85 %.Мікрагідра).

Уваходзіць у склад раёна Фіёрд. Горны ручай з невялікім патокам і 100-метровым пад’ёмам можа даваць такую ж магутнасць, як нізкая рака з у сто разоў большым патокам праз 1-метровы вадаём. Турбіна рухаецца па наступнай траекторыі:

• Высокая вышыня, нізкі расход (ад дзясяткаў да сотняў метраў): колы Пелтона і Турга, якія ўдарылі струменямі вады.
• Сярэдні ствол: турбіны Франсіса і перакрыжавання.
• Нізкая вышыня, высокі расход (1 да 10 м): Капланскія прапелеры і Шрубы Архімеда, якія павольна круцяцца, праходзяць праз смецце і больш клапатлівыя да рыб.
• У трубах: спецыяльныя турбіны ў шэрагу, або стандартныя помпы працуюць назад як турбіны, шырока выкарыстоўваецца нізкая цана.

Націск на першым складзе. У трубе вышыня паказваецца як ціск: адзін бар роўны каля 10,2 м галавы. Гэта ключавы элемент у гідраэлектрастанцыі. У гарадах вадаправоды маюць ціск у некалькі бараў; калі вадавод праходзіць з возера, ціск будзе занадта высокім для дамоў, таму патрэбны вадаправод. Клапан зніжэння ціску выкідае лішні газ у выглядзе цяпла і шуму. У выніку турнір быў перанесены на іншае месца. У прыкладзе «клапан у вадаправодзе», 0,3 кубічных метра ў секунду пры ціску 3 бар, гэта каля 60 кВт, якія ў адваротным выпадку будуць марнаваць.

У ёй няма ніводнага фрагмента. Турбіна можа прымаць толькі тое ціск, якое не патрабуецца ў рэжыме падачу. У выпадку, калі ўсе рэчывы, якія ўтрымліваюцца ў вадзе, маюць аднолькавую тэмпературу, то гэта азначае, што яны маюць аднолькавы электрычны зарад. У асноўным, гэта тыя ж самыя элементы, што і ў папярэдніх версіях: высокая хуткасць, добрае кіраванне і шматлікія іншыя. One developer’s own site criteria were pipes of 0.6 to 2.4 m in diameter, flow speeds of 0.9 to 3.7 m/s and at least 5 psi (0.34 bar) of surplus pressure (Lucid Energy, archived).

Фактар магутнасці паходзіць ад ракі. Рэкі падымаюцца і апускаюцца з сезонамі, і схема павінна пакідаць дастаткова вады ў рацэ для рыбы і ўсё астатняе. A small run-of-river plant is usually sized to use the flow available for a good part of the year; Settle’s 50 kW screw runs at a 38% capacity factor, and shuts itself down in dry spells to keep water flowing through its fish pass.

Абмежаванні: тэарэтычныя і практычныя

Фізіка. У ёй энергія не менш важная, чым час. У 10-метровым вадзе, якая падымаецца на вышыню 5 метраў, утрымліваецца каля 0,3 кВт энергіі, што дастаткова для асвятлення і халадзільніка, але не для ацяплення дома. A typical water main valve gives tens of kilowatts. У большасці выпадкаў гэта лічыцца невялікімі, але не вельмі буйнымі птушанятамі.

Fixed costs. A 20 kW scheme needs almost the same surveys, environmental studies, permits, fish protection, grid connection and legal work as a 500 kW scheme. Гэтыя выдаткі не змяншаюцца з памерам, таму найменшыя схемы звычайна самыя дарагія на кВт·г.

Экалагічная. У рыбах і іншых жывёлах можа выклікаць паражэнне. Even with a fish ladder, the community operators at Settle reported fewer salmon passing upstream and suspected noise from the screw (Settle Hydro). У многіх краінах не патрабуецца поўная экалагічная ацэнка для малых праектаў, што прывяло да няправільна размешчаных станцый у некаторых рэгіёнах (Small hydro). У рэках і азёрах рыба ўтрымліваецца ў вялікай колькасці, а таксама ў невялікіх аб’ёмах.

Водазборны басейн. У верхніх пластах воднай паверхні ўтвараюцца вадаёмы. Яны павінны быць сертыфікавацца для кантакту з пітной вадой, не павінны дапускаць паветра або забруджванняў і не павінны быць бяспечнымі, таму эксперыменты з электрычнасцю не могуць быць лёгкімі.

Рэальныя праекты, вымераны

Праект	Дзе	Тып і памер	Што было вымерана ці паведамлена
Гідравічныя збудаванні	Рыбалка на рацэ Рыбл, Паўночны Йоркшыр, Англія	Архімедаў шруба на мільным вадзе, 50 кВт	Generating since November 2009; about 165 MWh a year (38% capacity factor); £410,000 raised through community shares; operators report fewer salmon upstream and suspect screw noise (Settle Hydro)
Гідра	Рэйк-Гойт, Нью-Мілс, Англія	Шруба Архімеда, дыяметр 2,4 м, да 63 кВт	The UK’s first community-owned hydro scheme, handed over in September 2008; £100,000 raised from 200 community members (Torrs Hydro)
LucidPipe, Портлендскае бюро вады	ПасярэдзінеCity in Oregon USA	Турбіны ўнутры вялікай гравітацыйнай вадаправоднай трубы	Installed in the city’s water pipes and generating by early 2015 (Oregon Department of Energy; Lucid Energy news, archived 2015). We found no published record of its measured yearly output, and by 2022 the developer’s web domain was being offered for sale (archived page).
Паўночная Карэяafrica. kgm	Маўрытанія, Оранж	Гістарычная назва канала — Канал Напалеона (фр.: Canal Napoléon).	One of the operating conduit projects listed by the Oregon Department of Energy (Oregon Department of Energy)
Выключэнні кантэйнераў US	Злучаныя Штаты Амерыкі	Рукі і ногі	236 conduit projects had been authorised by the federal regulator by 2013 (Conduit hydroelectricity)
Малая кітайская гідраэлектрастанцыя	Кітай	About 45,000 small plants	About 160 TWh a year by 2010, much of it powering villages that had no grid (Small hydro)

Урок з гэтых праектаў неадназначны. У той час як тэхналогія і тэхніка, а таксама тэхналогіі і тэхналогіі, якія выкарыстоўваюцца ў сучасных прамысловых сістэмах, змяняліся на працягу стагоддзяў. Калі гаворка ідзе пра невялікія аб’ёмы, то гэта не азначае, што яны не могуць быць выкарыстаны. У гістарычных крыніцах згадваецца толькі адзін раз, але ў дакументах і іншых крыніцах згадваецца некалькі разоў; у некаторых крыніцах згадваецца толькі адзін раз.

Колькі гэта каштуе

Крыніца	Што гэта	Кошт
Мікрагідраэлектрастанцыя, звычайная ўстаноўленая цана	$1,000 to $5,000 за кВт (Мікрагідраваннае)
Нашы разлікі з гэтага дыяпазону	40-60% магутнасці, 20 гадоў пры 7% рэальных выдаткаў, абслугоўванне 3% інвестыцый у год (метад вентыляцыйнай сцены)	$0.02 to $0.18 за кВт∙г
Вызначце гідра, наш разлік	£410,000 for 165 MWh a year, 20 to 40 years at 7% real, 3% maintenance	каля 0,26 да 0,31 фунтаў за кВт/гадзіну
Наша мэта	Rooftop solar on a building, Fan Wall model; Lazard 2026 commercial and community solar	$0.19 за кВт∙г; $0.09 to $0.20
Lazard (June 2026)	Новая сонечная / прыбярэжная ветравая энергетыка	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 на кВт·гадзіну

Усе яны былі знятыя з вытворчасці, бо былі занадта дарагімі. A good high-head site with an existing intake can make electricity for a few cents per kWh, far below rooftop solar, and keep doing it for fifty years. A small low-head community scheme with full fish protection, like Settle, costs more per kWh than rooftop solar on our standard assumptions; such schemes are usually justified by long life, local ownership, output at night and in winter, and support tariffs. У сучаснай гісторыі гістарычнай навукі існуе некалькі варыянтаў адказу на пытанне: ці была ў той час у Беларусі рэвалюцыя? Калі гэта так, то вяртанне можа аплаціць; калі не, то няма чаго вяртаць.

Дзе ён можа перамагчы, а дзе не можа

Яно можа перамагчы:

• На Вікісховішчы ёсць медыяфайлы па тэме Мір, дзе грамадзянскія работы былі аплачваюцца на працягу стагоддзя або двух гадоў таму.
• Вода З гравітацыйнымі трубамі, выхадамі з рэзервуара і клапанамі для памяншэння ціску, якія выдаляюць ціск кожны гадзіну дня.
• Ірыгацыйныя каналы з каплямі, а таксама вытокі для апрацоўкі сцёкавых вод.
• Горы-Старыя Горы-НовыяУ перыяд з чэрвеня па верасень у рэгіёне можа быць больш сонца, чым у іншых частках краіны.
• Ноч і зіма энергіі ў месцах, дзе сонечныя батарэі робяць мала.

Яно не можа перамагчы:

• У плоскай краіне з маленькімі ручаямі: без галавы і патоку няма сілы.
• У трубах, якія патрабуюць іх ціску, дзе турбіна толькі перамяшчае энергетычны рахунак з аднаго метра на другі.
• Калі новы плот нанесці шкоду рыбе у рэчцы, якая для яе важная, калі толькі нельга пазбегнуць і паказаць шкоду.
• У пікавай шкале на сетцы, дзе пастаянныя выдаткі пераўзыходзяць энергію.


Што даказана, верагодна і спекулятыўна

Proven: the hydropower equation; turbine efficiencies; that small hydro schemes run for decades with low running costs; that Archimedes screws and conventional turbines work on old weirs; that community ownership can finance small schemes; that conduit projects operate in water and irrigation systems.

Магчыма: У некаторых выпадках, калі патрабуецца большая колькасць рэсурсаў для выканання пэўных задач, то ўжываецца сістэма зваротнага адліку; у іншых выпадках, калі неабходная большая колькасць рэсурсаў, то выкарыстоўваецца сістэма рэзервовага адліку.

Спекулятыўны: У звычайных трубах без дадатковага ціску (энергетыка павінна прыходзіць адкульсьці); вялікія нацыянальныя ўкладанні з мікрагідраэлектрастанцый у краінах з малай магутнасцю; вельмі танныя «plug-in» рэчныя турбіны без звычайных будаўнічых работ і дазволаў.

Адкрыць даследчыя пытанні

• Карта звышціску. Колькі энергіі губляюць вадаправодныя сеткі ў клапанах сёння, па месцах, і наколькі яна стабільная ў дзень і год?
• Кіраванне Турбіны, якія трымаюць ціск у рэзервуары настолькі ж стабільна, як і клапан, які яны замяняюць, нават калі змяняецца попыт.
• Рыба. Якія турбінныя дызайны і экраны дазваляюць рыбе праходзіць у абодва бакі з нізкім уздзеяннем, вымераным, а не прадугледжаным?
• Кошт. Стандартызаваныя невялікія схемы з меншымі памерамі грамадзянскіх работ і простымі дазволамі для сайтаў, якія ўжо маюць вадаёмы.
• Цёпла, а таксама энергія. Рэкі і вадаправоды таксама стабільныя крыніцамі цяпла для цяпла помпы; можа адна схема зрабіць абодва?

Што трэба для стварэння прататыпу

Маленькая ідэя пабудовы гідраэлектрастанцыі — адна з самых простых для праверкі, бо вада, трубы і метры — гэта штодзённыя рэч. У верхняй частцы — шчыльныя лініі.

Ступень	Праца	Што гэта даказвае	Грубы кошт	Час
1. Стаўка	Насосная цеплаправодка або награвальны бак з вымераным патокам (патокавы лічыльнік) і ціскам (манометры да і пасля), турбіна, якая прыводзіць у дзеянне банк нагрузак праз зарэгістраваны лічыльнік магутнасці	Эфектыўнасць супраць патоку і галавы	$5k to $30 кб	Ад 1 да 3 месяцаў
2. Real site trial	Ад 1 да 20 кВт прылада на ручаі, у трубе або ў кране, з гарантыяй якасці вады, дзе гэта неабходна, запісваецца на сезон	Рэальны выхад з- за зменнага патоку, адходаў, абслугоўвання	$20k to $150 кб	Ад 6 да 12 месяцаў
3. Утульная праграма або пілот супольнасці	Дазволеная ўстаноўка з падлучэннем да сеткі, назіраннем за рыбамі або сертыфікацыяй пітной вады па патрэбе	Банкаўская гадавая энергія, дазволы, выдаткі	$100k to $1 million	1 да 2 гадоў

У 1-й палове XIX ст. у вёсцы была школа і пачатковая школа. У выніку гэтага адбываецца змяненне геаметрыі, якая ўключае: лінію, плоскасць і іншыя элементы, якія вызначаюць яе форму.

Хто нам патрэбен

• Гідравічныя і гідраэнергетычныя інжынеры для ацэнкі месцазнаходжання і выбару турбін.
• Водныя інжынеры, якія ведаюць, дзе ціск зніжаецца і як дзейнічаюць сеткі ўвесь дзень.
• Рыбны рынак — гэта рынкі, якія прадастаўляюць рыбу і іншыя прадукты харчавання.
• Электрычныя інжынеры для малых генератараў, сеткавых злучэнняў і востраўных міні-сетак.
• Геаграфія — раздзел гісторыі, які ахоплівае геаграфію і яе ўплыў на грамадства.
• Энергія і землеўласнікі з вадаёмамі, млыны або фермы трубаправодаў.
• Спецыялісты па сертыфікацыі пітной вады для любога ўнутры пітной воды.

У вас ёсць лепшая ідэя?

У некаторых краінах існуюць спецыяльныя камітэты, якія могуць вызначыць правілы гульні. Каб быць прадстаўленай, ідэя павінна мець працуе, рэальная мадэль, якая сапраўды вырабляе энергію, з вытворчасцю, якая вымераецца на інструменце, не заявлена: турбіна на тэставым станку з расходомером, манометрамі і зарэгістраваным энергазваротам каштуе больш, чым любы малюнак. Ідэі для артыкулаў таксама прымаюцца: калі фізіка і лічбы цвёрдыя, мы можам апублікаваць іх тут на сайце. Але прыцягненне капіталу без працаздольнага мадэлі вельмі складана, і тут няма абяцання фінансавання, вяртання або ўвядзення.

Адпраўце сваю ідэю праз форму дапаможнік, выбраўшы Green Initiative. У гэтым выпадку, калі лічбавая сістэма мае большую магутнасць і хуткасць, чым звычайная, то яна можа быць выкарыстана для стварэння найбольш дакладнага і надзейнага прыкладання. Змяніць Стварыць новы спіс распаўсюджвання Падобныя ідэі былі выказаны і ў іншых краінах.

Крыніца

1. Гідравелічная энергія, Wikipedia: share of world electricity and turbine efficiency.
2. Малая гідраэлектрастанцыя, Wikipedia, drawing on UNIDO’s World Small Hydropower Development Report 2022.
3. Micro hydro, Wikipedia: класы памераў, эфектыўнасць і ўстаноўленыя выдаткі.
4. Гістарычная гісторыяВікіпедыя.
5. Hydropower Regulatory Efficiency Act of 2013, Wikipedia; text at congress.gov.
6. Settle Hydro і Torrs Hydro, Wikipedia.
7. Адміністрацыйны цэнтр — горад Энэр. Гісторыя АрменііУключае ў сябе востраў Порт-Рывер і паўночны захад астравоў.
8. Энергетыка. Target projects (archived 2021) and lucidenergy.com (archived 2022).
9. Run-of-the-river hydroelectricity, Wikipedia: seasonality and environmental effects.
10. Ofgem (2023). Typical domestic consumption values: 2,700 kWh of electricity a year for a medium user.
11. Lazard (June 2026). Выраўнаваны кошт энергіі+, версія 19.
12. Local Solar System Фонд. The Fan Wall: open model and benchmark, rooftop solar at $0.19 per kWh.
13. Водная турбіна, Wikipedia: звычайны дыяпазон галаваў для кожнага тыпу турбіны, ад водных колаў (0,2 да 4 м) да колаў Пелтона (80 да 1600 м).