Do-it-yourself hydroelektrárna: jak postavit autonomní mini-hydroelektrárnu

Síla proudu vody je obnovitelný přírodní zdroj, který umožňuje přijímat téměř bezplatnou elektřinu. Energie darovaná přírodou poskytne příležitost ušetřit na energiích a vyřešit problém s dobíjením zařízení.

Pokud v blízkosti vašeho domu teče potok nebo řeka, stojí za to je použít. Budou moci dodávat elektřinu na pozemek a do domu. A i když je postavena do-it-yourself vodní elektrárna, ekonomický efekt se výrazně zvyšuje.

Prezentovaný článek podrobně popisuje výrobní technologii soukromých hydraulických konstrukcí. Mluvili jsme o tom, co je nutné pro nastavení systému a připojení k zákazníkům. Zde se dozvíte o všech možnostech pro miniaturní dodavatele energie, sestavené z improvizovaných materiálů.

Vodní elektrárny

Vodní elektrárny jsou struktury schopné přeměnit energii pohybu vody na elektřinu. Alternativní poskytovatelé zelené elektřiny zatímco aktivně využíván pouze na Západě. Na území naší země tento slibný průmysl podniká pouze první plaché kroky.

Malé soukromé vodní elektrárny mohou být přehradami na velkých řekách, vyrábějících tucet až několik stovek megawattů nebo mini-hydroelektrárny s maximálním výkonem 100 kW, což je dostačující pro potřeby soukromého domu. Zde o posledně jmenovaných a dozvědět se více.

Hydraulická šroubová stanice

Konstrukce se skládá z řetězu rotorů namontovaných na pružném ocelovém kabelu, taženém přes řeku. Kabel sám hraje roli rotačního hřídele, jehož jeden konec je upevněn na nosném ložisku a druhý aktivuje hřídel generátoru.

Každý „věnec“ hydraulický rotor je schopen generovat přibližně 2 kW energie, i když rychlost toku vody by měla být alespoň 2,5 metru za sekundu a hloubka nádrže by neměla přesáhnout 1,5 m.

Princip fungování větrné vodní elektrárny je jednoduchý: tlak vody otáčí hydraulické šrouby, otáčí kabelem a nutí generátor k výrobě energie

Garlandové stanice byly úspěšně použity zpět v polovině minulého století, ale roli šroubů hrály domácí vrtule a dokonce i plechovky. Dnes výrobci nabízejí několik typů rotorů pro různé provozní podmínky.

Jsou vybaveny čepelemi různých velikostí z plechu a umožňují maximální účinnost z provozu stanice.

Ačkoli je výroba tohoto hydrogenerátoru poměrně jednoduchá, jeho provoz zahrnuje řadu zvláštních podmínek, které nejsou v reálném životě vždy proveditelné. Takové struktury blokují koryto řeky a je nepravděpodobné, že sousedé podél pobřeží, nemluvě o zástupcích environmentálních služeb, umožní využití tokové energie pro vaše účely.

Kromě toho lze v zimě jednotku používat pouze v nemrznoucích vodních útvarech a v drsném podnebí je možné ji zachovat nebo demontovat. Garlandové stanice jsou proto stavěny dočasně a hlavně v opuštěné oblasti (například poblíž letních pastvin).

Rotorové stanice s kapacitou 1 až 15 kW / h generují až 9,3 MW za měsíc a umožňují vám samostatně vyřešit problém elektrifikace v regionech vzdálených od centrálních dálnic

Moderní analogií instalace se sedmikráskovým řetězcem jsou ponorné nebo přílivové rámové stanice s příčnými rotory. Na rozdíl od svého předchůdce věnec tyto struktury neblokují celou řeku, ale používají pouze část kanálu a mohou být instalovány na pontonu / voru nebo zcela sníženy na dno nádrže.

Vertikální rotor Darier

Darierův rotor je turbínové zařízení, které bylo pojmenováno na počest jeho vynálezce v roce 1931.Systém se skládá z několika aerodynamických lopatek připevněných na radiálních paprskech a pracuje v důsledku poklesu tlaku podle principu „zvedacího křídla“, který je široce zapojen do stavby lodí a letectví.

Přestože se tyto rostliny více používají k vytváření větrných generátorů, mohou pracovat s vodou. V tomto případě jsou však pro výběr tloušťky a šířky lopatek v souladu s pevností proudu vody nutné přesné výpočty.

Rotor Darier připomíná „větrný mlýn“, instalovaný pouze pod vodou a může pracovat bez ohledu na sezónní výkyvy průtoku

Vertikální rotory se zřídka používají k vytváření místních vodních elektráren. Navzdory dobrým ukazatelům výkonu a zdánlivé jednoduchosti designu je obsluha zařízení velmi obtížná.

Před zahájením práce musí být systém „nezkroucený“, ale pouze zastavení nádrže může zastavit běžící stanici. Proto se Darierův rotor používá hlavně v průmyslových podnicích.

Zajímavé řešení v oblasti navrhování malých vodních elektráren s vertikálně fungující turbínou navrhl rakouský vynálezce Franz Zotloterer:

Vážná výhoda vířivek je právem považována za zachování rybolovných zdrojů. Provoz vertikální turbíny nepoškodí živé organismy řeky. Kromě toho bahno netrvá na stěnách struktur kvůli specifickému pohybu proudu vody.

Podvodní vrtule

Ve skutečnosti je to nejjednodušší větrný mlýn, je instalován pouze pod vodou. Rozměry lopatek pro zajištění maximální rychlosti otáčení a minimálního odporu se počítají v závislosti na síle toku. Pokud například rychlost proudění nepřesahuje 2 m / s, měla by být šířka lopatky v rozmezí 2-3 cm.

Podvodní vrtuli lze snadno vyrobit vlastními silami, ale je vhodná pouze pro hluboké a rychlé řeky - v mělkém rybníku mohou rotující nože způsobit zranění rybářům, plavcům, vodním ptákům a zvířatům.

Takový větrný mlýn je instalován „směrem“ k proudu, ale jeho lopatky nefungují kvůli tlaku tlaku vody, ale kvůli výskytu zvedací síly (na principu křídla letadla nebo lodní vrtule).

Vodní kolo s čepelí

Vodní kolo je jednou z nejjednodušších možností hydraulického motoru, známou od doby římské říše. Účinnost jeho práce do značné míry závisí na typu zdroje, na kterém byl nainstalován.

Odlévací kolo se může otáčet pouze v důsledku průtoku a odlévací kolo lze otáčet pomocí tlaku a hmotnosti vody proudící shora na lopatky

V závislosti na hloubce a kanálu vodního toku lze instalovat různé typy kol:

• Ponorka (nebo nižší) - Vhodné pro mělké řeky s rychlým tokem.
• Midbottom - jsou umístěny v kanálech s přírodními kaskádami, takže proud teče přibližně uprostřed rotujícího bubnu.
• Hromadné (nebo horní jáma) - jsou instalovány pod přehradou, potrubím nebo na dně přirozeného prahu tak, aby padající voda pokračovala přes vrchol kola.

Princip fungování všech možností je však stejný: voda vstupuje do lopatek a pohánějí kolo, což způsobuje otáčení generátoru pro mini-elektrárnu.

Výrobci hydraulických zařízení nabízejí volně prodejné turbíny, jejichž lopatky jsou speciálně přizpůsobeny pro specifický průtok vody. Domácí řemeslníci však dělají z bubnových struktur staromódní způsob - z improvizovaných materiálů.

Následující výběr fotografií vám pomůže seznámit se s kroky budování nejjednodušší verze mini vodní elektrárny:

Možná, že nedostatek optimalizace bude mít vliv na ukazatele účinnosti, ale náklady na domácí zařízení budou stát několikanásobně levnější než zakoupený protějšek. Proto je vodní kolo nejoblíbenější možností pro uspořádání vaší vlastní mini-vodní elektrárny.

Podmínky pro instalaci vodní elektrárny

Navzdory lákavé lacinosti energie generované hydrogenerátorem je důležité vzít v úvahu vlastnosti zdroje vody, zdroje, které plánujete použít pro své vlastní potřeby.

Opravdu ne každý vodní tok je vhodný pro provozování mini-hydroelektrárny, o to více celoročně, takže nebude na škodu mít schopnost připojit se k centralizované dálnici v rezervě.

Několik výhod a nevýhod

Hlavní výhody jednotlivých vodních elektráren jsou zřejmé: levné zařízení, které vyrábí levnou elektřinu, nepoškozuje přírodu (na rozdíl od přehrad, které blokují proud řeky). Přestože systém nelze nazvat absolutně bezpečným, stále rotující prvky turbín mohou způsobit zranění obyvatelům podmořského světa a dokonce i lidem.

Aby se předešlo nehodám, musí být vodní elektrárna chráněna, a pokud je systém zcela skrytý vodou, nainstalujte na břeh varování.

Výhody mini-hydro:

1. Na rozdíl od jiných „bezplatných“ zdrojů energie (solární panely, větrné generátory) mohou hydraulické systémy fungovat bez ohledu na denní dobu nebo počasí. Jedinou věcí, která jim může zabránit, je zmrazení nádrže.
2. Pro instalaci hydrogenerátoru není nutné mít velkou řeku - stejná vodní kola lze úspěšně použít i v malých (ale rychle!) Potokech.
3. Zařízení neemitují škodlivé látky, neznečišťují vodu a pracují téměř tiše.
4. Pro instalaci mini-vodních elektráren s kapacitou až 100 kW není nutné vypracovávat povolení (ačkoli to vše záleží na místních úřadech a typu instalace).
5. Přebytečnou elektřinu lze prodat do sousedních domů.

Pokud jde o nedostatky, nedostatečná průtoková síla se může stát vážnou překážkou pro produktivní provoz zařízení. V tomto případě bude nutné postavit pomocné struktury, což s sebou nese dodatečné náklady.

Pokud potenciální energie blízké řeky nestačí pro přibližný výpočet k výrobě elektřiny v množství dostatečném pro praktické použití, vyplatí se věnovat pozornost způsoby konstrukce větrných turbín. Větrný mlýn bude sloužit jako účinný doplněk.

Měření průtoku vody

První věc, kterou musíte udělat, abyste přemýšleli o typu a způsobu instalace stanice, je změřit rychlost průtoku vody u vybraného zdroje.

Nejjednodušší způsob je položit jakýkoli lehký předmět (například tenisový míček, kousek polystyrénové pěny nebo rybářský plovák) na peřeje a zastavit čas, po který plavec upluje vzdálenost k určitému orientačnímu bodu. Standardní vzdálenost pro „plavání“ je 10 metrů.

Pokud je rybník daleko od domova, můžete vybudovat odbočný kanál nebo potrubí a současně se postarat o výškové rozdíly

Nyní musíte rozdělit ujetou vzdálenost v metrech počtem sekund - bude to rychlost proudu. Pokud je však získaná hodnota menší než 1 m / s, bude nutné postavit umělé struktury, aby se tok zrychlil výškovými rozdíly.

To lze provést skládací přehradou nebo úzkou odtokovou trubkou. Ale bez dobrého toku bude třeba opustit myšlenku vodní elektrárny.

Výroba vodních elektráren na vodním kole

Sestavit „na jedno koleno“ a postavit kolos sloužící podniku nebo osadě dokonce z tuctů domů je nápad z říše fantazie. Ale stavět mini-hydroelektrárnu vlastními silami pro úsporu elektřiny je docela reálné. Navíc můžete použít hotové komponenty i improvizované materiály.

Proto uvažujeme o postupné výrobě nejjednodušší struktury - vodního kola.

Potřebné materiály a nářadí

Chcete-li vyrobit mini-hydroelektrickou stanici vlastními rukama, musíte si připravit svařovací stroj, brusku, vrtačku a sadu pomocných nástrojů - kladivo, šroubovák, pravítko.

Z materiálů, které budete potřebovat:

• Rohy a plechy o tloušťce nejméně 5 mm.
• Trubky vyrobené z PVC nebo galvanizované oceli pro výrobu nožů.
• Generátor (můžete použít hotový nebo si jej vyrobit sami, jako v tomto příkladu).
• Brzdové kotouče.
• Hřídel a ložiska.
• Překližka.
• Polystyrenová pryskyřice pro plnění rotoru a statoru.
• Měděný drát 15 mm pro provizorní generátor.
• Neodymové magnety.

Vezměte prosím na vědomí, že konstrukce kol bude neustále v kontaktu s vodou, proto musí být kovové a dřevěné prvky vybrány s ochranou před vlhkostí (nebo se postarat o jejich impregnaci a lakování sami). V ideálním případě lze překližku nahradit plastem, ale dřevěné části se snáze získávají a tvarují.

Sestavy kol a výroba trysek

Základem pro samotné kolo mohou být dva ocelové disky stejného průměru (pokud je možné získat ocelový buben z kabelu - v pořádku, značně to urychlí proces montáže).

Pokud však v materiálech nebyl nalezen kov, je možné vyříznout kruhy z nepromokavé překližky, i když síla a trvanlivost i upraveného dřeva nelze srovnávat s ocelí. Pak na jednom z disků musíte pro instalaci generátoru odříznout kulatý otvor.

Poté jsou čepele vyrobeny a budou potřebovat nejméně 16 ks. Z toho důvodu jsou pozinkované trubky podélně rozřezány na dvě nebo čtyři části (v závislosti na průměru). Poté musí být místa řezání a povrch samotných nožů broušeny, aby se snížily energetické ztráty během tření.

Čepele jsou instalovány v úhlu asi 40-45 stupňů - to pomůže zvětšit povrchovou plochu, která bude ovlivněna průtokovou silou

Vzdálenost mezi dvěma bočními disky by měla být co nejblíže k délce lopatek. Aby bylo možné nastínit místo pro umístění budoucích nábojů, doporučuje se vytvořit šablonu z překližky, na které bude vyznačeno místo pro každou část a otvor pro připevnění kola k generátoru. Připravené označení lze připojit na vnější stranu jednoho z pohonů.

Kruhy se pak instalují rovnoběžně s sebou pomocí tyčí s pevným závitem a čepele jsou svařeny nebo upevněny šrouby v požadovaných polohách. Buben se bude otáčet na ložiskách a jako podpora se použije rám rohů nebo trubek malého průměru.

V této fázi lze sestavu bubnu považovat za úplnou, zbývá jej vybavit domácím generátorem a tryskou směřující proud vody

Tryska je určena pro vodní zdroje kaskádového typu - taková instalace umožní maximální využití průtokové energie. Tento pomocný prvek je vyroben ohýbáním plechu s následným svařováním švů a poté je namontován na trubku.

Pokud však ve vaší oblasti protéká plochá řeka bez peřejí a jiných výškových překážek, tento detail není nutný.

Je důležité, aby šířka výstupního otvoru trysky odpovídala šířce samotného kola, jinak bude část toku nečinná, aniž by se dostala na lopatky

Nyní je třeba kolo namontovat na nápravu a namontovat na držák z rohů svařených nebo přišroubovaných dohromady. Zbývá udělat generátor (nebo nainstalovat připravený) a můžete jít k řece.

DIY generátor

Chcete-li vyrobit domácí generátor, musíte vytvořit vinutí statoru a výplň, pro kterou potřebujete cívky se 125 otáčkami měděného drátu na každém. Po jejich spojení je celá struktura nalita polyesterovou pryskyřicí.

Každá fáze se skládá ze tří po sobě jdoucích cívek, takže spojení může být provedeno ve formě hvězdy nebo trojúhelníku s několika vnějšími přívody

Nyní musíte připravit překližkovou šablonu, která odpovídá velikosti brzdového kotouče.

Značení je provedeno na dřevěném kroužku a štěrbiny jsou určeny pro instalaci magnetů (v tomto případě byly použity neodymové magnety 1,3 cm široké, 2,5 cm široké a 5 cm dlouhé). Potom je výsledný rotor také naplněn pryskyřicí a po vysušení je připojen k bubnu kola.

Vodní kolo s rotorem brzdového kotouče a generátorem měděných drátů - lakované, reprezentativní a připravené k použití

Poslední namontované hliníkové pouzdro s ampérmetrem zakrývající usměrňovače. Úkolem těchto prvků je převést třífázový proud na stejnosměrný proud.

Po instalaci kola do proudu malé řeky s kaskádou nebo obtokovým potrubím se můžete spolehnout na výkon mini-hydroelektrárny při 1,9 A * 12 V při 110 otáčkách za minutu

Aby se zabránilo pádu listí, písku a jiných nečistot s proudem do kola, je vhodné umístit před zařízení ochrannou síť.

Můžete také experimentovat s mezerami mezi magnety a cívkami se zvýšeným počtem otáček pro zvýšení účinnosti vodní elektrárny.

O všech typech alternativní zdroje energie Zjistíte to čtením článku o zavádění zelených technologií do každodenního života.

Závěry a užitečné video na toto téma

Video č. 1. Příklad pracovní hydraulické instalace se samostatným generátorem založeným na třífázovém motoru:

Video č. 2. Vodní pohonná vodní elektrárna:

Video č. 3.Stanice založená na kole je zajímavým řešením problému dodávek energie na dovolené daleko od civilizace:

Jak vidíte, výstavba vodní elektrárny s vlastníma rukama není tak obtížná. Ale protože většina výpočtů a parametrů pro jejich komponenty je určována „okem“, je třeba se připravit na možné členění a související náklady.

Pokud v této oblasti pociťujete nedostatek znalostí a zkušeností, stojí za to důvěřovat odborníkům, kteří provedou všechny potřebné výpočty, doporučí vybavení, které je pro váš případ optimální, a kvalitně jej instalují.

Do níže uvedeného bloku napište komentáře. Sdílejte zajímavé informace a užitečné doporučení, nechávejte tematické fotografie. Možná byste chtěli říct, jak jste postavili vlastní vodní elektrárnu na příměstské lokalitě? Budeme rádi, když si přečteme váš příběh o procesu zařízení a provozu.