Centrale idroelettrica fai-da-te: come costruire una mini-centrale idroelettrica autonoma

La forza del flusso d'acqua è una risorsa naturale rinnovabile che ti consente di ricevere elettricità quasi gratis. L'energia donata dalla natura offrirà l'opportunità di risparmiare sui servizi pubblici e risolvere il problema con le apparecchiature di ricarica.

Se un flusso o fiume scorre vicino a casa tua, vale la pena usarlo. Saranno in grado di fornire elettricità alla trama e alla casa. E anche se viene costruita una centrale idroelettrica fai-da-te, l'effetto economico aumenta in modo significativo.

L'articolo presentato descrive in dettaglio la tecnologia di produzione di strutture idrauliche private. Abbiamo parlato di ciò che è necessario per configurare un sistema e collegarlo ai consumatori. Qui imparerai tutte le opzioni per i fornitori di energia in miniatura, assemblati con materiali improvvisati.

Centrali idroelettriche

Le centrali idroelettriche sono strutture in grado di convertire l'energia del movimento dell'acqua in elettricità. Fornitori alternativi di elettricità verde mentre sfruttato attivamente solo in Occidente. Sul territorio del nostro paese, questa industria promettente sta solo muovendo i suoi primi timidi passi.

Le piccole centrali idroelettriche private possono essere dighe su grandi fiumi, generando da una dozzina a diverse centinaia di megawatt o mini centrali idroelettriche con una potenza massima di 100 kW, che è sufficiente per le esigenze di una casa privata. Qui su quest'ultimo e saperne di più.

Stazione a vite idraulica

Il design consiste in una catena di rotori montata su un cavo flessibile in acciaio, tirato attraverso il fiume. Il cavo stesso svolge il ruolo di un albero rotazionale, un'estremità della quale è fissata sul cuscinetto di supporto e l'altra attiva l'albero del generatore.

Ogni rotore idraulico "ghirlanda" è in grado di generare circa 2 kW di energia, tuttavia la portata d'acqua per questo dovrebbe essere di almeno 2,5 metri al secondo e la profondità del serbatoio non deve superare 1,5 m.

Il principio di funzionamento di una centrale idroelettrica a ghirlanda è semplice: la pressione dell'acqua fa girare le viti idrauliche e ruotano il cavo e costringono il generatore a generare energia

Le stazioni della ghirlanda furono utilizzate con successo nella metà del secolo scorso, ma poi il ruolo delle viti fu giocato da eliche fatte in casa e persino lattine. Oggi i produttori offrono diversi tipi di rotori per varie condizioni operative.

Sono dotati di pale di diverse dimensioni in lamiera e consentono di ottenere la massima efficienza dal funzionamento della stazione.

Ma sebbene questo idrogeneratore sia abbastanza semplice da fabbricare, il suo funzionamento comporta una serie di condizioni speciali che non sono sempre fattibili nella vita reale. Tali strutture bloccano il letto del fiume ed è improbabile che i vicini lungo la costa, per non parlare dei rappresentanti dei servizi ambientali, consentano l'uso dell'energia del flusso per i tuoi scopi.

Inoltre, in inverno, l'unità può essere utilizzata solo in corpi idrici non gelidi e in climi rigidi può essere preservata o smantellata. Pertanto, le stazioni delle ghirlande vengono costruite temporaneamente e principalmente in un'area deserta (ad esempio, vicino ai pascoli estivi).

Le stazioni rotore con una capacità da 1 a 15 kW / h generano fino a 9,3 MW al mese e consentono di risolvere autonomamente il problema dell'elettrificazione in regioni remote dalle autostrade centrali

Un moderno analogo di un'installazione a catena è stazioni sommerse o di marea con rotori trasversali. A differenza del loro predecessore ghirlanda, queste strutture non bloccano l'intero fiume, ma utilizzano solo una parte del canale e possono essere installate su un pontone / zattera o completamente abbassate sul fondo del serbatoio.

Rotore verticale Darier

Il rotore Darier è un dispositivo a turbina che è stato nominato in onore del suo inventore nel 1931.Il sistema è costituito da diverse pale aerodinamiche fissate su travi radiali e funziona a causa della pressione differenziale sul principio dell '"ala di sollevamento", che è ampiamente coinvolta nella costruzione navale e nel trasporto aereo.

Sebbene queste piante siano più utilizzate per creare generatori eolici, possono lavorare con l'acqua. Ma in questo caso, sono necessari calcoli accurati per selezionare lo spessore e la larghezza delle pale in base alla forza del flusso d'acqua.

Il rotore Darier ricorda un "mulino a vento", installato solo sott'acqua, e può funzionare indipendentemente dalle fluttuazioni stagionali della portata

I rotori verticali sono usati raramente per creare centrali idroelettriche locali. Nonostante i buoni indicatori di prestazione e l'apparente semplicità del design, l'apparecchiatura è piuttosto difficile da utilizzare.

Prima di iniziare i lavori, il sistema deve essere "non attorcigliato", ma solo il congelamento di un serbatoio può arrestare una stazione in funzione. Pertanto, il rotore Darier viene utilizzato principalmente nelle imprese industriali.

Una soluzione interessante nel campo della progettazione di piccole centrali idroelettriche con una turbina a funzionamento verticale è stata proposta dall'inventore austriaco Franz Zotloterer:

Il notevole vantaggio dei mulinelli è giustamente considerato la conservazione delle risorse ittiche. Il funzionamento di una turbina verticale non danneggia gli organismi viventi del fiume. Inoltre, il fango non indugia sulle pareti delle strutture a causa del movimento specifico del flusso d'acqua.

Elica subacquea

In realtà, questo è il mulino a vento più semplice, è installato solo sott'acqua. Le dimensioni delle pale per garantire la massima velocità di rotazione e la minima resistenza sono calcolate in base all'intensità del flusso. Ad esempio, se la velocità del flusso non supera i 2 m / s, la larghezza della lama deve essere compresa tra 2-3 cm.

Un'elica subacquea è facile da costruire con le tue mani, ma è adatta solo per fiumi profondi e veloci: in uno stagno poco profondo, le pale rotanti possono causare lesioni a pescatori, nuotatori, uccelli acquatici e animali

Tale mulino a vento è installato "verso" il flusso, ma le sue pale non funzionano a causa della pressione della pressione dell'acqua, ma a causa della presenza di una forza di sollevamento (secondo il principio dell'ala di un aeroplano o dell'elica di una nave).

Ruota idraulica con pale

Una ruota idraulica è una delle opzioni più semplici per un motore idraulico, nota fin dai tempi dell'Impero romano. L'efficacia del suo lavoro dipende in gran parte dal tipo di sorgente su cui è stato installato.

La ruota di colata può ruotare solo a causa della portata e la ruota di colata può essere ruotata con l'aiuto della pressione e del peso dell'acqua che scorre dall'alto sulle pale

A seconda della profondità e del canale del corso d'acqua, è possibile installare vari tipi di ruote:

• Sottomarino (o inferiore) - Adatto a fiumi poco profondi con un flusso veloce.
• Sredneboynye - si trovano in canali con cascate naturali in modo che il flusso scorra approssimativamente al centro del tamburo rotante.
• Bulk (o pit superiore) - sono installati sotto la diga, il tubo o sul fondo della soglia naturale in modo che l'acqua che cade continua attraverso la parte superiore della ruota.

Ma il principio di funzionamento per tutte le opzioni è lo stesso: l'acqua entra nelle pale e aziona una ruota, il che fa ruotare il generatore per una mini-centrale elettrica.

I produttori di apparecchiature idrauliche offrono turbine standard le cui pale sono appositamente adattate per una portata d'acqua specifica. Ma gli artigiani domestici realizzano le strutture del tamburo alla vecchia maniera - con materiali improvvisati.

La seguente selezione di foto ti aiuterà a familiarizzare con le fasi di costruzione della versione più semplice di una mini centrale idroelettrica:

Forse la mancanza di ottimizzazione influirà sugli indicatori di efficienza, ma il costo delle apparecchiature fatte in casa costerà molte volte in meno rispetto alla controparte acquistata. Pertanto, una ruota idraulica è l'opzione più popolare per l'organizzazione della propria mini centrale idroelettrica.

Condizioni per l'installazione di una centrale idroelettrica

Nonostante la tentazione economica di energia generata da un idrogeneratore, è importante tenere conto delle caratteristiche di una fonte d'acqua, le risorse di cui si prevede di utilizzare per le proprie esigenze.

In effetti, non tutti i corsi d'acqua sono adatti per il funzionamento di una mini centrale idroelettrica, tanto più tutto l'anno, quindi non farà male avere la possibilità di collegarsi a un'autostrada centralizzata in riserva.

Alcuni pro e contro

I principali vantaggi di una singola centrale idroelettrica sono evidenti: le apparecchiature economiche che generano elettricità a basso costo non danneggiano la natura (a differenza delle dighe che bloccano la corrente del fiume). Sebbene il sistema non possa essere definito assolutamente sicuro, gli elementi rotanti delle turbine possono causare lesioni agli abitanti del mondo sottomarino e persino alle persone.

Per prevenire incidenti, la centrale idroelettrica deve essere protetta e, se il sistema è completamente nascosto dall'acqua, installare un segnale di avvertimento sulla riva

Vantaggi del mini-idro:

1. A differenza di altre fonti di energia "libere" (pannelli solari, generatori eolici), i sistemi idraulici possono funzionare indipendentemente dall'ora del giorno o dalle condizioni meteorologiche. L'unica cosa che può prevenirli è il congelamento del serbatoio.
2. Non è necessario avere un grande fiume per installare un idrogeneratore: le stesse ruote idrauliche possono essere utilizzate con successo anche in flussi piccoli (ma veloci!).
3. Gli impianti non emettono sostanze nocive, non inquinano l'acqua e funzionano quasi in silenzio.
4. Per l'installazione di mini centrali idroelettriche con una capacità fino a 100 kW, non è necessario redigere permessi (anche se tutto dipende dalle autorità locali e dal tipo di installazione).
5. L'elettricità in eccesso può essere venduta alle case vicine.

Per quanto riguarda le carenze, una forza di flusso insufficiente può diventare un grave ostacolo al funzionamento produttivo delle apparecchiature. In questo caso, sarà necessario erigere strutture ausiliarie, il che comporta costi aggiuntivi.

Se l'energia potenziale di un fiume vicino non è sufficiente per un calcolo approssimativo per generare elettricità in una quantità sufficiente per l'uso pratico, vale la pena prestare attenzione a metodi di costruzione di turbine eoliche. Il mulino a vento fungerà da complemento efficace.

Misurazione del flusso d'acqua

La prima cosa che devi fare per pensare al tipo e al metodo di installazione della stazione è misurare la velocità del flusso d'acqua alla sorgente scelta.

Il modo più semplice è abbassare qualsiasi oggetto leggero (ad esempio una palla da tennis, un pezzo di schiuma di polistirolo o un galleggiante da pesca) sulle rapide e fermare il tempo con cui nuoterà la distanza da qualche punto di riferimento. La distanza standard per il "nuoto" è di 10 metri.

Se lo stagno è lontano da casa, puoi costruire un canale di diramazione o una conduttura e allo stesso tempo occuparti delle differenze di altezza

Ora devi dividere la distanza percorsa in metri per il numero di secondi: questa sarà la velocità della corrente. Ma se il valore ottenuto è inferiore a 1 m / s, sarà necessario erigere strutture artificiali per accelerare il flusso mediante differenze di elevazione.

Questo può essere fatto con una diga pieghevole o un tubo di scarico stretto. Ma senza un buon flusso, l'idea di una centrale idroelettrica dovrà essere abbandonata.

Produzione di centrali idroelettriche basate su una ruota idraulica

Certo, riunire “su un ginocchio” e costruire un colosso progettato per servire un'impresa o un insediamento anche da una dozzina di case è un'idea dal regno della fantasia. Ma costruire una mini-centrale idroelettrica con le tue mani per risparmiare elettricità è abbastanza reale. Inoltre, è possibile utilizzare sia componenti finiti che materiali improvvisati.

Pertanto, consideriamo la produzione passo-passo della struttura più semplice: una ruota idraulica.

Materiali e strumenti necessari

Per creare una mini-centrale idroelettrica con le tue mani, devi preparare una saldatrice, una smerigliatrice, un trapano e una serie di strumenti ausiliari: un martello, un cacciavite, un righello.

Dai materiali avrai bisogno di:

• Angoli e lamiera con uno spessore di almeno 5 mm.
• Tubi in PVC o acciaio zincato per la fabbricazione di lame.
• Generatore (puoi usarne uno già pronto o crearlo tu stesso, come in questo esempio).
• Dischi freno.
• Albero e cuscinetti.
• Compensato.
• Resina di polistirolo per riempire il rotore e lo statore.
• Filo di rame da 15 mm per un generatore di fortuna.
• Magneti al neodimio.

Si prega di notare che il design della ruota sarà costantemente a contatto con l'acqua, pertanto, gli elementi in metallo e legno devono essere selezionati con protezione dall'umidità (o prendersi cura della loro impregnazione e verniciatura da soli). Idealmente, il compensato può essere sostituito con plastica, ma le parti in legno sono più facili da ottenere e modellare.

Assemblaggio ruote e produzione ugelli

La base per la ruota stessa può essere costituita da due dischi in acciaio dello stesso diametro (se è possibile ottenere un tamburo d'acciaio dal cavo - va bene, questo accelererà notevolmente il processo di assemblaggio).

Ma se il metallo non è stato trovato nei materiali a portata di mano, è possibile tagliare i cerchi dal compensato impermeabile, anche se la resistenza e la durata del legno trattato non possono essere paragonate all'acciaio. Quindi su uno dei dischi è necessario praticare un foro rotondo per l'installazione del generatore.

Successivamente, le lame sono realizzate e avranno bisogno di almeno 16 pezzi. Per questo, i tubi zincati vengono tagliati longitudinalmente in due o quattro parti (a seconda del diametro). Quindi, i siti di taglio e la superficie delle lame stesse devono essere levigati per ridurre la perdita di energia durante l'attrito.

Le pale sono installate con un angolo di circa 40-45 gradi - ciò contribuirà ad aumentare la superficie, che sarà influenzata dalla forza del flusso

La distanza tra i due dischi laterali deve essere il più vicino possibile alla lunghezza delle lame. Al fine di delineare un posto per la posizione dei futuri hub, si consiglia di creare un modello in compensato, su cui saranno indicati un posto per ogni parte e un foro per il fissaggio della ruota al generatore. La marcatura pronta può essere applicata all'esterno di una delle unità.

Quindi i cerchi vengono installati parallelamente tra loro utilizzando aste con filettatura piena e le lame vengono saldate o fissate con bulloni nelle posizioni desiderate. Il tamburo ruoterà su cuscinetti e come supporto viene utilizzato un telaio di angoli o tubi di piccolo diametro.

In questa fase, il gruppo tamburo può essere considerato completo, resta da dotarlo di un generatore fatto in casa e un ugello che dirige il flusso d'acqua

L'ugello è progettato per fonti d'acqua del tipo a cascata - tale impostazione consentirà di sfruttare al massimo l'energia del flusso. Questo elemento ausiliario è realizzato piegando la lamiera con successiva saldatura delle giunzioni, quindi viene montato sul tubo.

Tuttavia, se un fiume piatto scorre nella tua zona senza rapide e altri ostacoli ad alta quota, questo dettaglio non è necessario.

È importante che la larghezza del foro di uscita dell'ugello corrisponda alla larghezza della ruota stessa, altrimenti parte del flusso andrà in folle senza salire sulle pale

Ora la ruota deve essere montata sull'asse e montata su un supporto dagli angoli saldati o imbullonati. Resta da fare un generatore (o installarlo pronto) e puoi andare al fiume.

Generatore fai-da-te

Per creare un generatore fatto in casa, è necessario creare un avvolgimento e un riempimento dello statore, per cui sono necessarie bobine con 125 giri di filo di rame su ciascuna. Dopo averli uniti, l'intera struttura viene colata con resina poliestere.

Ogni fase è composta da tre bobine collegate consecutivamente, quindi la connessione può essere effettuata sotto forma di una stella o un triangolo con più cavi esterni

Ora devi preparare un modello di compensato che corrisponda alle dimensioni del disco del freno.

Le marcature sono realizzate su un anello di legno e le fessure per l'installazione dei magneti (in questo caso sono stati utilizzati magneti al neodimio spessi 1,3 cm, 2,5 cm di larghezza e 5 cm di lunghezza). Quindi anche il rotore risultante viene riempito di resina e dopo l'essiccazione viene attaccato al tamburo della ruota.

Ruota idraulica con rotore del disco freno e generatore della bobina del filo di rame - verniciato, presentabile e pronto per l'uso

L'ultimo involucro in alluminio montato con un amperometro, che copre i raddrizzatori. Il compito di questi elementi è convertire la corrente trifase in corrente continua.

Dopo aver installato la ruota nel flusso di un piccolo fiume con una cascata o un tubo di bypass, puoi contare sulle prestazioni di una mini centrale idroelettrica a 1,9 A * 12 V a 110 giri al minuto

Per evitare che foglie, sabbia e altri detriti trasportati con il flusso cadano nella ruota, si consiglia di mettere una rete protettiva davanti al dispositivo.

Puoi anche sperimentare spazi vuoti tra magneti e bobine con un numero maggiore di giri per aumentare l'efficienza della stazione idroelettrica.

A proposito di tutti i tipi fonti di energia alternativa Lo scoprirai leggendo l'articolo sull'introduzione delle tecnologie verdi nella vita di tutti i giorni.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video n. 1. Un esempio di un impianto idraulico funzionante con un generatore fatto da sé basato su un motore trifase:

Video n. 2. Mini centrale idroelettrica ad acqua:

Video n. 3.Una stazione basata su una ruota di bicicletta è una soluzione interessante al problema dell'approvvigionamento energetico in vacanza lontano dalla civiltà:

Come puoi vedere, costruire una mini-centrale idrica con le tue mani non è così difficile. Ma poiché la maggior parte dei calcoli e dei parametri per i suoi componenti sono determinati "ad occhio", si dovrebbe essere preparati per possibili guasti e costi associati.

Se senti una mancanza di conoscenza ed esperienza in questo campo, dovresti fidarti degli specialisti che eseguiranno tutti i calcoli necessari, consigliare l'attrezzatura che è ottimale per il tuo caso e installarla in modo di qualità.

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