עשה זאת בעצמך תחנת כוח הידרואלקטרית: כיצד לבנות תחנת מיני הידרואלקטרית אוטונומית

כוחו של נחל המים הוא משאב טבע מתחדש המאפשר לקבל חשמל כמעט חינם. האנרגיה שתורם הטבע תתן הזדמנות לחסוך בכלי עזר ולפתור את הבעיה עם ציוד טעינה.

אם נחל או נהר זורמים ליד ביתך, כדאי להשתמש בהם. הם יוכלו לספק חשמל לחלקה ולבית. וגם אם נבנית תחנת כוח הידרואלקטרית לעשות זאת בעצמך, ההשפעה הכלכלית גדלה משמעותית.

המאמר המוצג מתאר בפירוט את טכנולוגיית הייצור של מבנים הידראוליים פרטיים. דיברנו על מה שנדרש כדי להקים מערכת ולחבר אותה לצרכנים. כאן תוכלו ללמוד על כל האפשרויות עבור ספקי אנרגיה זעירים, שהורכבו מחומרים מאולתרים.

תחנות כוח הידרואלקטריות

תחנות כוח הידרואלקטריות הן מבנים המסוגלים להמיר את האנרגיה של תנועת המים לחשמל. ספקי חשמל ירוקים אלטרנטיביים תוך ניצול פעיל רק במערב. בשטחה של ארצנו, התעשייה המבטיחה הזו נוקטת רק בצעדים הביישניים הראשונים שלה.

תחנות כוח חשמליות פרטיות קטנות יכולות להיות סכרים בנהרות גדולים, המפיקים מתריסר עד כמה מאות מגה-וואט או תחנות כוח מיני-הידרואלקטריות בהספק מרבי של 100 קילוואט, וזה מספיק לצרכיו של בית פרטי. כאן על האחרון ולמד עוד.

תחנת בורג הידראולית

העיצוב מורכב משרשרת רוטורים המורכבת על כבל פלדה גמיש, הנמשך מעבר לנהר. הכבל עצמו ממלא את תפקידו של פיר סיבוב, שקצהו האחד קבוע על מיסב התמיכה והשני מפעיל את ציר הגנרטור.

כל רוטור הידראולי "גרלנד" מסוגל לייצר אנרגיה של כ -2 קילוואט, אם כי מהירות זרימת המים לכך צריכה להיות לפחות 2.5 מטר לשנייה ועומק המאגר לא יעלה על 1.5 מ '.

עיקרון הפעולה של תחנת כוח הידרואלקטרית גרלנד הוא פשוט: לחץ המים מסתובב את הברגים ההידראוליים, והם מסובבים את הכבל ומאלצים את הגנרטור לייצר אנרגיה

תחנות גרלנד שימשו בהצלחה באמצע המאה הקודמת, אך אז את תפקיד הברגים שיחקו מדחפים תוצרת בית ואפילו פחי פח. כיום היצרנים מציעים כמה סוגים של רוטורים לתנאי הפעלה שונים.

הם מצוידים בלהבים בגדלים שונים העשויים מתכת, ומאפשרים להשיג יעילות מירבית מפעולת התחנה.

אך למרות שמכיל מימן הידרולטור הזה די פשוט לייצור, פעולתו כוללת מספר תנאים מיוחדים שלא תמיד אפשריים בחיים האמיתיים. מבנים כאלה חוסמים את אפיק הנהר, ולא סביר ששכנים לאורך החוף, שלא לדבר על נציגי שירותים סביבתיים, יאפשרו להשתמש באנרגיית זרימה למטרותיכם.

בנוסף, בחורף ניתן להשתמש ביחידה רק בגופי מים שאינם קפואים, ובאקלים קשה ניתן לשמר אותה או לפרק אותה. לפיכך, תחנות גרלנד מוקמות באופן זמני ובעיקר באזור שומם (למשל בקרבת מרעה של קיץ).

תחנות רוטור בהספק של 1 עד 15 קילוואט / שעה מייצרות עד 9.3 מגה וואט בחודש ומאפשרות לך לפתור באופן עצמאי את בעיית החשמול באזורים המרוחקים מכבישים מהירים מרכזיים.

אנלוגי מודרני למתקני שרשרת חיננית הוא תחנות מסגרות טבולות או גאות ושפל עם רוטורים רוחביים. בניגוד לקודמם של גרלנדם, מבנים אלה אינם חוסמים את כל הנהר, אלא משתמשים רק בחלק מהתעלה וניתן להתקין אותם על גבי פונטה / רפסודה או להוריד אותם לחלוטין לתחתית המאגר.

הרוטור האנכי דארייר

הרוטור של דארייר הוא מכשיר טורבינה שנקרא לכבוד הממציא שלו בשנת 1931.המערכת מורכבת מכמה להבים אווירודינמיים המקובעים על קורות רדיאליות ופועלת עקב לחץ ההפרש על עיקרון "אגף ההרמה", העוסק רבות בבניית ספינות תעופה.

למרות שצמחים אלה משמשים יותר ליצירת מחוללי רוח, הם יכולים לעבוד עם מים. אך במקרה זה, יש צורך בחישובים מדויקים לבחירת עובי ורוחב הלהבים בהתאם לחוזק זרם המים.

הרוטור של דארייר דומה ל"טחנת רוח "המותקנת רק מתחת למים והיא יכולה לעבוד ללא קשר לתנודות העונתיות בקצב הזרימה.

לעתים רחוקות משתמשים ברוטורים אנכיים ליצירת מפעלי מים מקומיים. למרות מדדי הביצועים הטובים והפשטות לכאורה בעיצוב, הציוד קשה למדי לתפעול.

לפני תחילת העבודה, המערכת צריכה להיות "ללא התהפכות", אך רק הקפאת מאגר יכולה לעצור תחנת ריצה. לכן הרוטור דארייר משמש בעיקר במפעלים תעשייתיים.

פיתרון מעניין בתחום תכנון מפעלי מים קטנים עם טורבינה הפועלת אנכית הוצע על ידי הממציא האוסטרי פרנץ זוטלוטר:

היתרון המשקל של המערבולות נחשב בצדק לשימור משאבי הדגים. הפעלת טורבינה אנכית אינה פוגעת ביצורים החיים של הנהר. בנוסף, בוץ אינו מתמהמה על קירות מבנים בגלל התנועה הספציפית של זרימת המים.

מדחף תת מימי

למעשה, מדובר בטחנת הרוח הקלה ביותר, היא מותקנת רק מתחת למים. מידות הלהבים בכדי להבטיח מהירות סיבוב מקסימאלית והתנגדות מינימלית מחושבים בהתאם לחוזק הזרימה. לדוגמה, אם מהירות הזרימה אינה עולה על 2 מ"ש, רוחב הלהב צריך להיות בטווח של 2-3 ס"מ.

קל להכין מדחף מתחת למים במו ידיכם, אך הוא מתאים רק לנהרות עמוקים ומהירים - בבריכה רדודה להבים מסתובבים עלולים לגרום לפגיעה בדייגים, שחיינים, עופות מים ובעלי חיים

טחנת רוח כזו מותקנת "לכיוון" הזרימה, אך הלהבים שלה אינם פועלים בגלל לחץ לחץ המים, אלא בגלל התרחשות כוח הרמה (לפי העיקרון של כנף מטוס או מדחף ספינה).

גלגל מים עם להבים

גלגל מים הוא אחת האפשרויות הפשוטות ביותר עבור מנוע הידראולי, הידוע עוד מתקופת האימפריה הרומית. יעילות עבודתה תלויה במידה רבה בסוג המקור עליו הותקנה.

גלגל הליהוק יכול להסתובב רק בגלל קצב הזרימה, וניתן לסובב את גלגל הליהוק בעזרת לחץ ומשקל המים הזורמים מלמעלה אל הלהבים

בהתאם לעומק ותעלת מסלול המים, ניתן להתקין גלגלים מסוגים שונים:

• צוללת (או נחותה) - מתאים לנהרות רדודים עם זרימה מהירה.
• מידבוטום - ממוקמים בתעלות עם מפלים טבעיים כך שהנחל זורם בערך באמצע התוף המסתובב.
• גורף (או בור עליון) - מותקנים מתחת לסכר, בצינור או בתחתית הסף הטבעי כך שהמים הנושרים ימשיכו דרך ראש ההגה.

אבל עקרון הפעולה של כל האפשרויות הוא זהה: מים נכנסים ללהבים ומניעים גלגל, מה שגורם לגנרטור לתחנת כוח מיני להסתובב.

יצרני ציוד הידראולי מציעים טורבינות מדף שהלהבים שלהן מותאמים במיוחד לקצב זרימת מים ספציפי. אבל בעלי מלאכה ביתית הופכים את מבני התוף לדרך המיושנת - מחומרים מאולתרים.

בחירת התמונות שלהלן תעזור לכם להכיר את השלבים של בניית הגרסה הפשוטה ביותר של תחנת הידרואלקטרית מיני:

אולי היעדר אופטימיזציה ישפיע על מדדי היעילות, אך עלות ציוד ביתי תעלה כמה פעמים זולה יותר מאשר המקבילה שנרכשה. לכן גלגל מים הוא האפשרות הפופולרית ביותר לארגון תחנת הכוח המיני הידרואלקטרית שלכם.

תנאים להתקנת תחנת כוח הידרואלקטרית

למרות הזילות המפתה של אנרגיה המופקת על ידי הידרניטור, חשוב לקחת בחשבון את התכונות של מקור מים, שהמשאבים שבהם אתה מתכנן להשתמש לצרכים שלך.

אכן, לא כל מסלול מים מתאים להפעלת תחנת כוח מיני-הידרואלקטרית, על אחת כמה וכמה כל השנה, כך שלא יזיק ליכולת להתחבר לכביש מרכזי בשמורה.

כמה יתרונות וחסרונות

היתרונות העיקריים של תחנת כוח הידרואלקטרית בודדת ברורים: ציוד זול המייצר חשמל זול אינו פוגע בטבע (בניגוד לסכרים החוסמים את זרם הנהר). למרות שלא ניתן לקרוא למערכת בטוחה לחלוטין, עדיין אלמנטים מסתובבים של טורבינות יכולים לגרום לפגיעות בתושבי העולם התת-ימי ואפילו לאנשים.

על מנת למנוע תאונות, יש להגן על תחנת הכוח ההידרואלקטרית, ואם המערכת מוסתרת לחלוטין על ידי מים - התקן שלט אזהרה על החוף

היתרונות של מיני-הידרו:

1. בשונה ממקורות אנרגיה "חינמיים" אחרים (פאנלים סולאריים, מחוללי רוח), מערכות הידראוליות יכולות לעבוד ללא קשר לשעה ביום או מזג האוויר. הדבר היחיד שיכול למנוע אותם הוא הקפאת המאגר.
2. אין צורך שיהיה נהר גדול כדי להתקין מימן הידר-וואטור - אותם גלגלי מים יכולים לשמש בהצלחה אפילו בנחלים קטנים (אך מהירים!).
3. מתקנים אינם פולטים חומרים מזיקים, אינם מזהמים מים ופועלים כמעט בשקט.
4. לצורך התקנת תחנות כוח מיני-הידרואלקטריות בהספק של עד 100 קילוואט, אין צורך לגבש היתרים (אם כי הכל תלוי ברשויות המקומיות ובסוג ההתקנה).
5. ניתן למכור עודף חשמל לבתים הסמוכים.

באשר לחסרונות, כוח זרימה לא מספיק יכול להפוך למכשול רציני להפעלת הייצור של ציוד. במקרה זה, יהיה צורך להקים מבני עזר, הכרוכים בעלויות נוספות.

אם האנרגיה הפוטנציאלית של נהר סמוך לא מספיקה לצורך חישוב משוער לייצור חשמל בכמות המספיקה לשימוש מעשי, כדאי לשים לב ל שיטות בניית טורבינות רוח. טחנת הרוח תשמש כתוסף יעיל.

מדידת זרימת מים

הדבר הראשון שעליך לעשות כדי לחשוב על סוג ושיטת ההתקנה של התחנה הוא למדוד את מהירות זרימת המים במקור שנבחר.

הדרך הקלה ביותר היא להוריד כל חפץ קל (למשל כדור טניס, חתיכת קצף קלקר או צף דיג) על המפלים ולעצור את הזמן בו השחיין ישחה את המרחק לאיזה נקודת ציון. המרחק הסטנדרטי ל"שחייה "הוא 10 מטרים.

אם הבריכה רחוקה מהבית, תוכלו לבנות תעלת סניף או צינור, ובמקביל לדאוג להבדלי הגובה

עכשיו אתה צריך לחלק את המרחק שנסע במטרים במספר השניות - זה יהיה המהירות של הזרם. אך אם הערך המתקבל נמוך מ- 1 מטר לשנייה, יהיה צורך להקים מבנים מלאכותיים על מנת להאיץ את הזרימה בהפרשי גובה.

ניתן לעשות זאת באמצעות סכר מתקפל או צינור ניקוז צר. אך ללא זרימה טובה, יהיה צורך לנטוש את הרעיון של תחנה הידרואלקטרית.

ייצור תחנות כוח הידרוליות על בסיס גלגל מים

כמובן, להרכיב "על ברך אחת" ולבנות קולוס שנועד לשמש מיזם או ישוב אפילו מתריסר בתים זה רעיון מתחום הפנטזיה. אבל לבנות תחנת מיני הידרואלקטרית במו ידיכם כדי לחסוך בחשמל זה די אמיתי. יתר על כן, אתה יכול להשתמש ברכיבים מוגמרים וגם בחומרים מאולתרים.

לכן אנו שוקלים ייצור שלב אחר שלב של המבנה הפשוט ביותר - גלגל מים.

חומרים וכלים נחוצים

כדי להכין תחנת מיני הידרואלקטרית במו ידיכם, עליכם להכין מכונת ריתוך, מטחנה, מקדחה וסט כלים עזר - פטיש, מברג, סרגל.

מהחומרים שתצטרכו:

• פינות ומתכת גיליון בעובי של לפחות 5 מ"מ.
• צינורות עשויים PVC או פלדה מגולוונת לייצור להבים.
• גנרטור (אתה יכול להשתמש במוכן מוכן או להכין אותו בעצמך, כמו בדוגמה זו).
• דיסקי בלם.
• פיר ומסבים.
• דיקט.
• שרף קלקר למילוי הרוטור והסטטור.
• חוט נחושת 15 מ"מ לגנרטור מאולתר.
• מגנטים לנאודימיום.

שימו לב שעיצוב הגלגלים יבוא כל העת במגע עם מים, ולכן יש לבחור באלמנטים מתכתיים מעץ עם הגנה מפני רטיבות (או דאגו לספוג שלהם ולצבוע בעצמכם). באופן אידיאלי ניתן להחליף דיקט בניילון, אך חלקים מעץ קלים יותר להשיג ולעצב אותם.

הרכבת גלגלים וייצור חרירים

הבסיס לגלגל עצמו יכול להיות שני דיסקי פלדה באותו קוטר (אם ניתן להוציא תוף פלדה מהכבל - מעולה, זה יאיץ מאוד את תהליך ההרכבה).

אך אם לא נמצאה מתכת בחומרים העומדים לרשותם, ניתן לחתוך עיגולים מדיקט עמיד למים, אם כי לא ניתן להשוות את חוזקם ועמידותו של עץ מטופל אפילו עם פלדה. ואז באחד הדיסקים אתה צריך לחתוך חור עגול להתקנת הגנרטור.

לאחר מכן, הלהבים מיוצרים, והם יצטרכו לפחות 16 יח '. לשם כך, צינורות מגולוונים נחתכים לאורכם לשניים או ארבעה חלקים (תלוי בקוטר). לאחר מכן, יש ליטוש את אתרי החיתוך ומשטח הלהבים עצמם כדי להפחית את אובדן האנרגיה במהלך החיכוך.

הלהבים מותקנים בזווית של כ- 40-45 מעלות - זה יעזור להגדיל את שטח הפנים, שיושפע מכוח הזרימה

המרחק בין שני הדיסקים הצדדיים צריך להיות קרוב ככל האפשר לאורכם של הלהבים. על מנת לתאר מקום למיקום רכזות עתידיות, מומלץ להכין תבנית מדיקט, עליה יצוין מקום לכל חלק וחור לקיבוע הגלגל לגנרטור. ניתן לחבר סימון מוכן בחלקו החיצוני של אחד הכוננים.

ואז המעגלים מותקנים זה בזה בעזרת מוטות חוטים מוצקים, והלהבים מרותכים או קבועים עם ברגים במיקומים הרצויים. התוף יסתובב על מיסבים, ומסגרת של פינות או צינורות בקוטר קטן משמשת כתמיכה.

בשלב זה, מכלול התוף יכול להיחשב כשלם, נותר לצייד אותו בגנרטור תוצרת בית וזרבובית המכוונת את זרימת המים

הזרבובית מיועדת למקורות מים מסוג מפל - התקנה כזו תאפשר שימוש מרבי באנרגיית הזרימה. אלמנט עזר זה נעשה על ידי כיפוף מתכת גיליון בעזרת ריתוך לאחר מכן של התפרים, ואז הוא מותקן על הצינור.

עם זאת, אם נהר שטוח זורם באזורכם ללא מפלים ומכשולים אחרים בגובה רב, פרט זה אינו הכרחי.

חשוב שרוחב חור יציאת החרירים יתאים לרוחב הגלגל עצמו, אחרת חלק מהזרימה יתבטל מבלי לעלות על הלהבים.

כעת צריך להרכיב את הגלגל על ​​הציר ולהרכיבו על גבי תומך מהפינות הרותכות או הברגות זו בזו. נשאר לייצר גנרטור (או להתקין אותו מוכן) ותוכלו ללכת לנהר.

גנרטור DIY

כדי ליצור גנרטור תוצרת בית, אתה צריך להכין סטטור מתפתל ומלא, שעבורו אתה צריך סלילים עם 125 סיבובים של חוט נחושת על כל אחד. לאחר ההצטרפות אליהם, כל המבנה מוזג עם שרף פוליאסטר.

כל שלב מורכב משלושה סלילים מחוברים זה אחר זה, כך שניתן ליצור את החיבור בצורה של כוכב או משולש עם מספר מובילים חיצוניים

עכשיו אתה צריך להכין תבנית דיקט שתואמת את גודל דיסק הבלם.

סימונים נעשים על טבעת עץ וחריצים נעשים להתקנת מגנטים (במקרה זה נעשה שימוש במגנטים ניאודימיום בעובי 1.3 ס"מ, רוחב 2.5 ס"מ ואורך 5 ס"מ). ואז הרוטור שנוצר מתמלא גם בשרף, ואחרי הייבוש הוא מחובר לתוף הגלגל.

גלגל מים עם רוטור דיסק בלם וגנרטור סלילי חוטי נחושת - צבוע, ניתן להציג ומוכן לשימוש

מעטפת האלומיניום האחרונה עם מד זרם, המכסה את המיישרים. המשימה של אלמנטים אלה היא להמיר זרם תלת פאזי לזרם ישר.

לאחר התקנת הגלגל בנחל נהר קטן עם מפל או צינור עוקף, אתה יכול לסמוך על הביצועים של תחנת כוח מיני הידרואלקטרית ב 1.9A * 12V ב 110 סיבובים לדקה

כדי למנוע עלים, חול ושברים אחרים שהובאו עם הנחל ליפול לגלגל, רצוי להניח רשת מגן לפני המכשיר.

אתה יכול גם להתנסות בפערים בין מגנטים לסלילים עם מספר מוגבר של סיבובים כדי להגביר את היעילות של התחנה ההידרואלקטרית.

על כל הסוגים מקורות אנרגיה חלופיים תוכלו לגלות זאת על ידי קריאת המאמר על הצגת טכנולוגיות ירוקות בחיי היומיום.

מסקנות ווידאו שימושי בנושא

סרטון מס '1. דוגמה למתקן הידראולי עובד עם גנרטור מתוצרת עצמית המבוסס על מנוע תלת פאזי:

סרטון מס '2. מפעל מיני מים המונע במים:

סרטון מס '3.תחנה המבוססת על גלגל אופניים היא פתרון מעניין לבעיית אספקת האנרגיה בחופשה רחוקה מהציוויליזציה:

כפי שאתה יכול לראות, בניית תחנת כוח מיני-מיני במו ידיך אינה כה קשה. אך מכיוון שרוב החישובים והפרמטרים למרכיביו נקבעים "לפי העין", יש להיות מוכנים להתקלות אפשרית ועלויות נלוות.

אם אתה חש חוסר ידע וניסיון בתחום זה, עליך לסמוך על המומחים שיבצעו את כל החישובים הנדרשים, ייעץ לציוד האופטימלי ביותר למקרה שלך ויתקין אותו בצורה איכותית.

אנא כתוב הערות בבלוק למטה. שתפו מידע מעניין והמלצות שימושיות, השאירו תמונות נושאיות. אולי תרצה לספר כיצד בנית תחנת כוח הידרואלקטרית משלך באתר פרברי? נשמח לקרוא את הסיפור שלך על תהליך ההתקן וההפעלה.