2. Бесплотинные конструкции мини и микро-гэс, а также погружные гидро-электротурбины используемые на них.

Микро-ГЭС – надёжные, экологически чистые, компактные, быстро окупаемые источники электроэнергии для деревень, дачных поселков, фермерских хозяйств, а также мельниц, хлебопекарен, небольших производств в отдалённых, горных и труднодоступных районах, где нет линий электропередач, а строить такие линии сейчас и дольше, и дороже, чем приобрести и установить микро-ГЭС.

Гидроагрегат микро-ГЭС (МГЭС) состоит из турбины, генератора и системы автоматического управления. По характеру используемых гидроресурсов МГЭС можно разделить на следующие категории: новые русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами; станции, использующие скоростную энергию свободного течения рек; станции, использующие существующие перепады уровней воды в самых различных объектах водного хозяйства – от судоходных сооружений до водоочистных комплексов (уже существует опыт использования питьевых водоводов, а также промышленных и канализационных стоков) и т. п. Ниже приводятся некоторые опубликованные перспективные технические решения в этой области.

2.1. Мини-гэс, работающие по принципу водоворота, – гравитационная мини-гэс.

Создавая этот необычный проект, его автор – австрийский изобретатель Франц Цотлётерер (Franz Zotlöterer) из местечка Оберграфендорф (Obergrafendorf) – думал в первую очередь об экосистемах (фауне, аэрации воды и т. п.), которые страдают от гидравлических электростанций. Даже мини-ГЭС на маленьких речках и каналах небезупречны. Кроме того, изобретатель парадоксальным образом нашёл способ повысить КПД таких сооружений. На первый взгляд, непросто совместить эффективность ГЭС с их экологической безупречностью. Автор предложил часть потока, вблизи берега, отводить в специальный канал, направляющий воду к «плотине». Последняя весьма необычна на вид. Это бетонный цилиндр, к которому вода подходит по касательной, обрушиваясь в центре в глубину. Так в центре цилиндра образуется водоворот, который закручивает турбину.

Рис.2.1 Водоворотная микро-ГЭС Рис. 2.2 Водоворотная микро-ГЭС

Автор новации отмечает сравнительную простоту и дешевизну строительства такой ГЭС. Однако, несмотря на миниатюрность, станция наравне с крупными участвует в энергоснабжении. Турбина примитивна по форме и устройству, однако имеет неплохой КПД. Цотлётерер обнаружил у такой схемы мини-ГЭС следующие преимущества.

КПД преобразования энергии падающей воды в ток достиг 73 % при использовании не самого совершенного электрического генератора. За год непрерывной работы эта гравитационно-водоворотная станция, установленная на ручье, выработала свыше 50 кВт·ч электричества, проданных изобретателем станции энергокомпании «EnergieVersorger Niederösterreichs», при рабочем перепаде высот воды примерно в 1,3 м и расходе примерно в 1 м³/с. Максимальная электрическая мощность этой мини-станции достигает 9,5 кВт. В среднем этого достаточно для питания 10–15 коттеджей (с учётом неравномерности уровня потребления). Изобретатель уверен, что такая схема наиболее оптимальна для возведения ГЭС мощностью до 150 кВт/ч. Причём конструкция начинает превосходно работать (показывает хороший КПД турбины) уже при перепаде высот всего в 0,7 м.

Скорость вращения турбины оказалась довольно низкой, так что для рыбы, попавшей в водоворот, лопасти колеса опасности не представляют. Тем более что лопасти эти не рассекают воду, а поворачиваются синхронно с водоворотом. Водоворот перемешивает загрязнители, одновременно хорошо аэрируя воду, что способствует интенсивной работе микроорганизмов, очищающих её естественным образом. Это свойство станции восстанавливает процессы, идущие в обычной реке, которой присущи многочисленные повороты. В больших спрямлённых руслах каналов и водохранилищ почти ламинарное течение приводит к исчезновению аэрации воды и, как следствие, потере её способности к самоочищению. Водоворот способствует терморегуляции в водоёме. Увеличенная площадь контакта воды с воздухом приводит к её охлаждению за счёт испарения жарким летом. Зимой же ГЭС продолжает работать подо льдом. Наиболее плотная вода (с температурой 4 ºС) тяготеет к центру водоворота. По краям цилиндра образуется ледяная корка, которая выступает в роли утеплителя, не дающего слишком сильно охладиться центру.

По информации автора, эта станция обошлась примерно в 75 тыс. долл. США, что дешевле, чем аналогичная по мощности мини-ГЭС, построенная по классическому плотинному образцу. Автор отмечает лучшую ремонтопригодность, значительно меньшие сложность и периодичность обслуживания, более простую конструкцию и прочие технологические преимущества этой станции.