Centrale hydroélectrique à faire soi-même: comment construire une mini-centrale hydroélectrique autonome

La force du jet d'eau est une ressource naturelle renouvelable qui vous permet de recevoir de l'électricité presque gratuitement. L'énergie donnée par la nature permettra d'économiser sur les services publics et de résoudre le problème de la recharge des équipements.

Si un ruisseau ou une rivière coule près de chez vous, cela vaut la peine d'être utilisé. Ils pourront fournir l'électricité au terrain et à la maison. Et même si une centrale hydroélectrique à construire soi-même est construite, l'effet économique augmente considérablement.

L'article présenté décrit en détail la technologie de fabrication des structures hydrauliques privées. Nous avons parlé de ce qui est nécessaire pour mettre en place un système et le connecter aux consommateurs. Ici, vous découvrirez toutes les options pour les fournisseurs d'énergie miniatures, assemblés à partir de matériaux improvisés.

Centrales hydroélectriques

Les centrales hydroélectriques sont des structures capables de convertir l'énergie du mouvement de l'eau en électricité. Fournisseurs alternatifs d'électricité verte tout en étant activement exploité uniquement en Occident. Sur le territoire de notre pays, cette industrie prometteuse ne fait que ses premiers pas timides.

Les petites centrales hydroélectriques privées peuvent être des barrages sur les grands fleuves, générant d'une dizaine à plusieurs centaines de mégawatts ou des mini-centrales hydroélectriques d'une puissance maximale de 100 kW, ce qui est suffisant pour les besoins d'une maison privée. Ici sur ce dernier et en savoir plus.

Station de vis hydraulique

La conception se compose d'une chaîne de rotors montés sur un câble en acier flexible, tiré à travers la rivière. Le câble lui-même joue le rôle d'un arbre de rotation, dont une extrémité est fixée sur le palier support, et l'autre active l'arbre du générateur.

Chaque rotor hydraulique "guirlande" est capable de générer environ 2 kW d'énergie, cependant, le débit d'eau pour cela doit être d'au moins 2,5 mètres par seconde, et la profondeur du réservoir ne doit pas dépasser 1,5 m.

Le principe de fonctionnement d'une centrale hydroélectrique à guirlande est simple: la pression de l'eau fait tourner les vis hydrauliques, elles font tourner le câble et forcent le générateur à générer de l'énergie

Les stations Garland ont été utilisées avec succès au milieu du siècle dernier, mais le rôle des vis a ensuite été joué par des hélices faites maison et même des boîtes de conserve. Aujourd'hui, les fabricants proposent plusieurs types de rotors pour différentes conditions de fonctionnement.

Ils sont équipés de lames de différentes tailles en tôle, et permettent d'obtenir une efficacité maximale du fonctionnement de la station.

Mais bien que cet hydrogénérateur soit assez simple à fabriquer, son fonctionnement implique un certain nombre de conditions particulières qui ne sont pas toujours réalisables dans la vie réelle. De telles structures bloquent le lit de la rivière et il est peu probable que les voisins le long de la côte, sans parler des représentants des services environnementaux, autorisent l'utilisation de l'énergie de débit à vos fins.

De plus, en hiver, l'appareil ne peut être utilisé que dans des plans d'eau non gelés, et dans les climats difficiles, il peut être conservé ou démonté. Par conséquent, les stations de guirlandes sont construites temporairement et principalement dans une zone déserte (par exemple, près des pâturages d'été).

Les stations de rotor d'une capacité de 1 à 15 kW / h génèrent jusqu'à 9,3 MW par mois et vous permettent de résoudre indépendamment le problème de l'électrification dans les régions éloignées des autoroutes centrales

Un analogue moderne d'une installation en guirlande est les stations à châssis submersible ou à marée avec des rotors transversaux. Contrairement à leur prédécesseur en guirlande, ces structures ne bloquent pas toute la rivière, mais n'utilisent qu'une partie du canal, et elles peuvent être installées sur un ponton / radeau ou complètement abaissées au fond du réservoir.

Rotor vertical Darier

Le rotor Darier est un appareil à turbine nommé en l'honneur de son inventeur en 1931.Le système se compose de plusieurs pales aérodynamiques fixées sur des poutres radiales, et fonctionne grâce à la pression différentielle sur le principe de la «voilure de levage», largement impliquée dans la construction navale et l'aviation.

Bien que ces centrales soient davantage utilisées pour créer des éoliennes, elles peuvent fonctionner avec de l'eau. Mais dans ce cas, des calculs précis sont nécessaires pour sélectionner l'épaisseur et la largeur des pales en fonction de la force du jet d'eau.

Le rotor Darier ressemble à un «moulin à vent», installé uniquement sous l'eau, et il peut fonctionner indépendamment des fluctuations saisonnières du débit

Les rotors verticaux sont rarement utilisés pour créer des centrales hydroélectriques locales. Malgré les bons indicateurs de performance et l'apparente simplicité de conception, l'équipement est assez difficile à utiliser.

Avant de commencer les travaux, le système doit être "sans torsion", mais seul le gel d'un réservoir peut arrêter une station en marche. Par conséquent, le rotor Darier est principalement utilisé dans les entreprises industrielles.

Une solution intéressante dans le domaine de la conception de petites centrales hydroélectriques avec une turbine à fonctionnement vertical a été proposée par l'inventeur autrichien Franz Zotloterer:

L'avantage considérable des tourbillons est à juste titre considéré comme la conservation des ressources halieutiques. Le fonctionnement d'une turbine verticale ne nuit pas aux organismes vivants de la rivière. De plus, la boue ne s'attarde pas sur les parois des structures en raison du mouvement spécifique du débit d'eau.

Hélice sous-marine

En fait, c'est le moulin à vent le plus simple, il n'est installé que sous l'eau. Les dimensions des pales pour assurer une vitesse de rotation maximale et une résistance minimale sont calculées en fonction de la force du flux. Par exemple, si la vitesse d'écoulement ne dépasse pas 2 m / s, la largeur de la lame doit être comprise entre 2 et 3 cm.

Une hélice sous-marine est facile à fabriquer de vos propres mains, mais elle ne convient que pour les rivières profondes et rapides - dans un étang peu profond, les pales en rotation peuvent blesser les pêcheurs, les nageurs, la sauvagine et les animaux

Un tel moulin à vent est installé "vers" le flux, mais ses pales ne fonctionnent pas à cause de la pression de la pression de l'eau, mais à cause de l'apparition d'une force de levage (sur le principe d'une aile d'avion ou d'une hélice de navire).

Roue à eau avec lames

Une roue hydraulique est l'une des options les plus simples pour un moteur hydraulique, connue depuis l'époque de l'Empire romain. L'efficacité de son travail dépend largement du type de source sur laquelle il a été installé.

La roue de coulée ne peut tourner qu'en raison du débit, et la roue de coulée peut être tournée à l'aide de la pression et du poids de l'eau s'écoulant du dessus sur les lames

Selon la profondeur et le canal du cours d'eau, différents types de roues peuvent être installés:

• Sous-marin (ou inférieur) - Convient aux rivières peu profondes à débit rapide.
• Midbottom - sont situés dans des canaux avec des cascades naturelles de sorte que le flux s'écoule approximativement au milieu du tambour rotatif.
• En vrac (ou fosse supérieure) - sont installés sous le barrage, la conduite ou au bas du seuil naturel pour que les chutes d'eau continuent par le haut de la roue.

Mais le principe de fonctionnement pour toutes les options est le même: l'eau pénètre dans les pales et entraîne une roue, ce qui fait tourner le générateur d'une mini-centrale.

Les fabricants d'équipements hydrauliques proposent des turbines standard dont les pales sont spécialement adaptées à un débit d'eau spécifique. Mais les artisans à la maison fabriquent des structures de tambour à l'ancienne - à partir de matériaux improvisés.

La sélection de photos suivante vous aidera à vous familiariser avec les étapes de construction de la version la plus simple d'une mini-centrale hydroélectrique:

Le manque d'optimisation affectera peut-être les indicateurs d'efficacité, mais le coût de l'équipement fait maison coûtera plusieurs fois moins cher que l'homologue acheté. Par conséquent, une roue hydraulique est l'option la plus populaire pour organiser votre propre mini-centrale hydroélectrique.

Conditions d'installation d'une centrale hydroélectrique

Malgré le faible coût tentant de l'énergie générée par un hydrogénérateur, il est important de prendre en compte les caractéristiques d'une source d'eau, dont vous prévoyez d'utiliser les ressources pour vos propres besoins.

En effet, tous les cours d'eau ne sont pas adaptés à l'exploitation d'une mini-centrale hydroélectrique, d'autant plus toute l'année, donc cela ne fera pas de mal d'avoir la possibilité de se connecter à une autoroute centralisée en réserve.

Quelques avantages et inconvénients

Les principaux avantages d'une centrale hydroélectrique individuelle sont évidents: un équipement bon marché qui génère une électricité bon marché ne nuit pas à la nature (contrairement aux barrages qui bloquent le courant du fleuve). Bien que le système ne puisse pas être qualifié d'absolument sûr, des éléments de turbines encore en rotation peuvent causer des blessures aux habitants du monde sous-marin et même aux personnes.

Afin de prévenir les accidents, la centrale hydroélectrique doit être protégée, et si le système est complètement caché par l'eau - installer un panneau d'avertissement sur le rivage

Avantages de la mini-hydro:

1. Contrairement à d'autres sources d'énergie «gratuites» (panneaux solaires, éoliennes), les systèmes hydrauliques peuvent fonctionner quelle que soit l'heure de la journée ou la météo. La seule chose qui peut les empêcher est le gel du réservoir.
2. Il n'est pas nécessaire d'avoir une grande rivière pour installer un hydrogénérateur - les mêmes roues hydrauliques peuvent être utilisées avec succès même dans les petits ruisseaux (mais rapides!).
3. Les installations n'émettent pas de substances nocives, ne polluent pas l'eau et fonctionnent presque silencieusement.
4. Pour l'installation de mini-centrales hydroélectriques d'une capacité allant jusqu'à 100 kW, il n'est pas nécessaire d'établir de permis (bien que cela dépende des autorités locales et du type d'installation).
5. L'excédent d'électricité peut être vendu aux maisons voisines.

Quant aux inconvénients, une force d'écoulement insuffisante peut devenir un obstacle sérieux au fonctionnement productif de l'équipement. Dans ce cas, il sera nécessaire d'ériger des structures auxiliaires, ce qui entraîne des coûts supplémentaires.

Si l'énergie potentielle d'une rivière voisine n'est pas suffisante pour qu'un calcul approximatif génère de l'électricité en quantité suffisante pour une utilisation pratique, il convient de prêter attention à méthodes de construction des éoliennes. Le moulin à vent servira de complément efficace.

Mesure de débit d'eau

La première chose que vous devez faire pour réfléchir au type et à la méthode d'installation de la station est de mesurer la vitesse du débit d'eau à une source choisie.

Le moyen le plus simple est d'abaisser tout objet léger (par exemple, une balle de tennis, un morceau de mousse de polystyrène ou un flotteur de pêche) sur les rapides et d'arrêter le temps avec lequel il parcourra la distance jusqu'à un point de repère. La distance standard pour la "natation" est de 10 mètres.

Si l'étang est loin de chez vous, vous pouvez construire un canal de dérivation ou un pipeline, et en même temps prendre soin des différences de hauteur

Maintenant, vous devez diviser la distance parcourue en mètres par le nombre de secondes - ce sera la vitesse du courant. Mais si la valeur obtenue est inférieure à 1 m / s, il faudra ériger des structures artificielles afin d'accélérer l'écoulement par les différences d'élévation.

Cela peut être fait avec un barrage pliable ou un tuyau de vidange étroit. Mais sans un bon débit, l'idée d'une centrale hydroélectrique devra être abandonnée.

Production de centrales hydroélectriques basées sur une roue hydraulique

Bien sûr, assembler «sur un genou» et construire un colosse conçu pour desservir une entreprise ou une colonie même à partir d'une douzaine de maisons est une idée du domaine de la fantaisie. Mais construire une mini-centrale hydroélectrique de ses propres mains pour économiser de l'électricité est bien réel. De plus, vous pouvez utiliser à la fois des composants finis et des matériaux improvisés.

Par conséquent, nous considérons la fabrication étape par étape de la structure la plus simple - une roue à eau.

Matériaux et outils nécessaires

Pour fabriquer une mini-centrale hydroélectrique de vos propres mains, vous devez préparer une machine à souder, une meuleuse, une perceuse et un ensemble d'outils auxiliaires - un marteau, un tournevis, une règle.

Parmi les matériaux dont vous aurez besoin:

• Coins et tôles d'une épaisseur d'au moins 5 mm.
• Tubes en PVC ou en acier galvanisé pour la fabrication de lames.
• Générateur (vous pouvez utiliser une clé en main ou la fabriquer vous-même, comme dans cet exemple).
• Disques de frein.
• Arbre et roulements.
• Contreplaqué.
• Résine polystyrène pour le remplissage du rotor et du stator.
• Fil de cuivre de 15 mm pour un générateur de fortune.
• Aimants en néodyme.

Veuillez noter que la conception de la roue entrera constamment en contact avec l'eau, donc les éléments en métal et en bois doivent être sélectionnés avec protection contre l'humidité (ou prenez soin de leur imprégnation et de la peinture vous-même). Idéalement, le contreplaqué peut être remplacé par du plastique, mais les pièces en bois sont plus faciles à obtenir et à façonner.

Assemblage de roues et fabrication de buses

La base de la roue elle-même peut être constituée de deux disques en acier de même diamètre (s'il est possible d'obtenir un tambour en acier à partir du câble - très bien, cela accélérera considérablement le processus d'assemblage).

Mais si le métal n'a pas été trouvé dans les matériaux à portée de main, il est possible de couper des cercles à partir de contreplaqué étanche, bien que la résistance et la durabilité du bois même traité ne puissent pas être comparées à l'acier. Ensuite, sur l'un des disques, vous devez couper un trou rond pour installer le générateur.

Après cela, les lames sont faites et elles auront besoin d'au moins 16 pièces. Pour cela, les tuyaux galvanisés sont coupés longitudinalement en deux ou quatre parties (selon le diamètre). Ensuite, les sites de coupe et la surface des lames elles-mêmes doivent être poncés pour réduire les pertes d'énergie lors des frottements.

Les pales sont installées à un angle d'environ 40 à 45 degrés - cela aidera à augmenter la surface, qui sera affectée par la force d'écoulement

La distance entre les deux disques latéraux doit être aussi proche que possible de la longueur des lames. Afin de délimiter un emplacement pour l'emplacement des futurs moyeux, il est recommandé de faire un gabarit en contreplaqué, sur lequel un emplacement pour chaque pièce et un trou pour fixer la roue au générateur seront indiqués. Le marquage prêt peut être fixé à l'extérieur de l'un des disques.

Ensuite, les cercles sont installés parallèlement les uns aux autres à l'aide de tiges filetées solides, et les lames sont soudées ou fixées avec des boulons dans les positions souhaitées. Le tambour tournera sur des roulements et un cadre de coins ou de tuyaux de petit diamètre est utilisé comme support.

A ce stade, l'ensemble tambour peut être considéré comme complet, il reste à l'équiper d'un générateur artisanal et d'une buse dirigeant l'écoulement de l'eau

La buse est conçue pour les sources d'eau de type cascade - une telle configuration permettra d'utiliser au maximum l'énergie du débit. Cet élément auxiliaire est fabriqué par pliage de tôle avec soudage ultérieur des joints, puis il est monté sur le tuyau.

Cependant, si une rivière plate coule dans votre région sans rapides et autres obstacles à haute altitude, ce détail n'est pas nécessaire.

Il est important que la largeur du trou de sortie de la buse corresponde à la largeur de la roue elle-même, sinon une partie du flux restera au ralenti sans monter sur les lames

Maintenant, la roue doit être montée sur l'essieu et montée sur un support à partir des coins soudés ou boulonnés ensemble. Il reste à faire un générateur (ou à l'installer prêt) et vous pouvez vous rendre à la rivière.

Générateur de bricolage

Pour faire un générateur maison, vous devez faire un enroulement et un remplissage de stator, pour lesquels vous avez besoin de bobines avec 125 tours de fil de cuivre sur chacun. Après les avoir joints, toute la structure est coulée avec de la résine polyester.

Chaque phase se compose de trois bobines attachées consécutivement, de sorte que la connexion peut être effectuée sous la forme d'une étoile ou d'un triangle avec plusieurs fils externes

Vous devez maintenant préparer un modèle de contreplaqué qui correspond à la taille du disque de frein.

Les marquages ​​sont faits sur un anneau en bois et des fentes sont faites pour l'installation d'aimants (dans ce cas, des aimants en néodyme de 1,3 cm d'épaisseur, 2,5 cm de large et 5 cm de long ont été utilisés). Ensuite, le rotor résultant est également rempli de résine et, après séchage, il est fixé au tambour de la roue.

Roue à eau avec rotor de disque de frein et générateur de bobine de fil de cuivre - peint, présentable et prêt à l'emploi

Le dernier boîtier en aluminium monté avec un ampèremètre, couvrant les redresseurs. La tâche de ces éléments est de convertir le courant triphasé en courant continu.

Après avoir installé la roue dans le ruisseau d'une petite rivière avec une cascade ou une conduite de dérivation, vous pouvez compter sur les performances d'une mini-centrale hydroélectrique à 1,9A * 12V à 110 tours par minute

Pour éviter que les feuilles, le sable et autres débris amenés par le courant ne tombent dans la roue, il est conseillé de placer un filet de protection devant l'appareil.

Vous pouvez également expérimenter les écarts entre les aimants et les bobines avec un nombre accru de tours pour augmenter l'efficacité de la centrale hydroélectrique.

À propos de tous les types sources d'énergie alternatives Vous le découvrirez en lisant l'article sur l'introduction des technologies vertes dans la vie quotidienne.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo n ° 1. Un exemple d'installation hydraulique en état de marche avec un générateur autodidacte basé sur un moteur triphasé:

Vidéo n ° 2. Mini centrale hydroélectrique à eau:

Vidéo n ° 3.Une station basée sur une roue de vélo est une solution intéressante au problème de l'approvisionnement énergétique en vacances loin de la civilisation:

Comme vous pouvez le voir, construire une mini-centrale à eau de vos propres mains n'est pas si difficile. Mais comme la plupart des calculs et des paramètres de ses composants sont déterminés «à l'œil nu», il convient de se préparer aux éventuelles pannes et aux coûts associés.

Si vous ressentez un manque de connaissances et d'expérience dans ce domaine, vous devez faire confiance aux spécialistes qui effectueront tous les calculs nécessaires, conseilleront le matériel optimal pour votre cas et l'installeront de manière qualitative.

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