Проекты

Мини-гидроэлектростанция для многоквартирного дома

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика» среди работ учащихся 7−9 классов

Направление работы: Энергетика
Авторы работы: ГБОУ Школа № 548 «Царицыно»
Предметы: Физика, Экономика
Классы: 9 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 18−20 апреля 2019 года

В работе рассматривается создание проекта экологичного и безопасного способа получения электроэнергии, использующего преобразование кинетической энергии падающей воды в механическую энергию вращения водяной турбины, приводящей в действие небольшой генератор мощностью до 100 кВт.

Накопление кинетической энергии − это один из самых простых способов её запаса, намного более эффективный, чем электрический.

Цель

Разработать проект работоспособной электрогенерирующей установки, в основе которой лежит использование водяной турбины и электрогенератора, размещаемых в существующем многоквартирном доме.

Задачи

  • Создать теоретически обоснованную установку для снижения стоимости электроэнергии.
  • Создать установку для использования в качестве резервного источника питания для всех нужд дома.
  • Создать установку, используя оборудование, находящееся в свободной продаже на территории России.
  • Произвести техноэкономический расчёт системы и расчёт рентабельности проекта, плановые сроки окупаемости при её использовании.
  • Спроектировать и изготовить макет системы в масштабе 1:100 для наглядной демонстрации способов работы установки.

Описание

В связи с тем, что система имеет циклический вид, рабочее тело (вода) в ней будет оборотное. Турбина будет преобразовывать энергию спускаемой воды в электрическую. А для хранения воды от закачки её в верхний бак до спуска потребуются баки, также предусмотренные в проекте.

Вода закачивалась ночью по ночному тарифу электроэнергии, а выдавалось электричество днём вместо дорогого дневного тарифа (в два раза большего, чем ночной) от использования сетевой энергии, преобразуя энергию закачанной воды в электрическую посредствам турбины, тем самым играя на разности тарифов и возможности использования во время перебоев электричества, и в пиковые часы получая выгоду/экономию.

Для обеспечения работы турбины потребуется перепад высот, поэтому один бак будет наверху, предположительно, на техническом этаже или на крыше, и внизу, в подвале или под землёй, но обязательно ниже турбины.

Воду же, которая будет использоваться в контуре установки, планируется брать после очистки, например, с помощью фильтров обратного осмоса, когда вода становится почти обессоленной и очищенной от органических веществ и примесей, таким образом это будет сберегать оборудование от налётов, цветения и т. д.

Результат

В работе были проведены технические расчёты: потребности в электроэнергии для дома и данных для выбора турбины, ёмкостей для воды, расчёт характеристик прочности ж/б перекрывающих плит, диаметры труб.

В качестве результата работы был создан полноценный макет, позволяющий оценить внешний вид установки в масштабе 1:100 и получить представление о работе реальной системы.

Выбрано оборудование: турбина, насос, трубопроводы, ёмкости для воды.

Оснащение и оборудование

  1. Лента LED-44 4.8W/60LED.
  2. Печатная плата SOIC-SSOP-8.
  3. Батарейный отсек 1xAA /KLS.
  4. Радиоэлементы (конденсаторы, транзисторы, реле, клеммы, диоды и т.д.).
  5. Силовой кабель.
  6. Строительные материалы.
  7. Электроинструменты и расходные комплектующие.

Перспективы использования результатов работы

Авторы выделили преимущества установки перед другими источниками энергии в городской среде:

  • установка оборудования в готовом, введённом в эксплуатацию доме;
  • установка может использоваться как резервный источник электроэнергии в случае перебоев или отключений основного питания;
  • снижение стоимости затрат на электроэнергию для жителей в дневное время почти в два раза;
  • в отличие от других «бесплатных» энергоисточников (солнечных батарей, ветрогенераторов) гидросистемы могут работать вне зависимости от погоды;
  • установка не выделяет вредных веществ, не загрязняет воду и работает практически бесшумно;
  • монтаж мини-ГЭС мощностью до 100 кВт не требует оформления разрешительной документации;
  • избыток электричества можно продавать в соседние дома или накапливать энергию в аккумуляторах.

Срок окупаемости мини-ГЭС составляет 103 месяца (8 лет и 7 месяцев). По завершении срока каждая квартира дома будет экономить (при текущих тарифах, которые, скорее всего, со временем будут повышаться), от 400 до 1000 рублей в месяц. При этом жильцы дома получат автономный источник электроэнергии во время сбоев в электросети.

Сотрудничество с вузом

НИЦ «Курчатовский институт».

Награды/достижения

Молодёжная премия в области науки и инноваций – 3 место (2019 год).

Особое мнение

«Нам очень понравилось участвовать в конференции «Инженеры будущего», понравился дух конкуренции, а также проекты, участвовавшие в конкурсе. Желаем конкурсу только увеличения количества участников, а также всё больше оригинальных и полезных обществу работ»