Doe-het-zelf waterkrachtcentrale: hoe een autonome mini-waterkrachtcentrale te bouwen

De kracht van de waterstroom is een hernieuwbare natuurlijke hulpbron waarmee je bijna gratis elektriciteit kunt ontvangen. De energie die door de natuur wordt geschonken, biedt de mogelijkheid om op nutsvoorzieningen te besparen en het probleem met oplaadapparatuur op te lossen.

Als een beek of rivier in de buurt van uw huis stroomt, zijn ze het waard om te gebruiken. Ze zullen in staat zijn om het perceel en het huis van elektriciteit te voorzien. En zelfs als er een doe-het-zelf waterkrachtcentrale wordt gebouwd, neemt het economische effect aanzienlijk toe.

Het gepresenteerde artikel beschrijft in detail de fabricagetechnologie van particuliere hydraulische constructies. We bespraken wat er nodig is om een ​​systeem op te zetten en te verbinden met consumenten. Hier leert u alle mogelijkheden voor miniatuur energieleveranciers, samengesteld uit geïmproviseerde materialen.

Waterkrachtcentrales

Waterkrachtcentrales zijn constructies die de energie van waterbeweging kunnen omzetten in elektriciteit. Alternatieve leveranciers van groene stroom terwijl actief alleen in het Westen uitgebuit. Op het grondgebied van ons land zet deze veelbelovende industrie alleen zijn eerste schuchtere stappen.

Kleine particuliere waterkrachtcentrales kunnen dammen zijn op grote rivieren, die een tiental tot enkele honderden megawatts genereren of mini-waterkrachtcentrales met een maximaal vermogen van 100 kW, wat voldoende is voor de behoeften van een privéwoning. Hier over de laatste en leer meer.

Hydraulisch schroefstation

Het ontwerp bestaat uit een ketting van rotors gemonteerd op een flexibele staalkabel, getrokken over de rivier. De kabel zelf speelt de rol van een roterende as, waarvan het ene uiteinde op het steunlager is bevestigd en het andere de generatoras activeert.

Elke "slinger" hydraulische rotor kan ongeveer 2 kW energie opwekken, maar het waterdebiet hiervoor moet minimaal 2,5 meter per seconde zijn en de diepte van het reservoir mag niet groter zijn dan 1,5 m.

Het werkingsprincipe van een waterkrachtcentrale met slingers is eenvoudig: de druk van het water laat de hydraulische schroeven draaien, ze draaien de kabel en dwingen de generator om energie op te wekken

Halverwege de vorige eeuw werden slingerstations met succes gebruikt, maar toen werd de rol van schroeven gespeeld door zelfgemaakte propellers en zelfs blikjes. Tegenwoordig bieden fabrikanten verschillende soorten rotoren aan voor verschillende bedrijfsomstandigheden.

Ze zijn uitgerust met bladen van verschillende afmetingen van plaatstaal en zorgen voor maximale efficiëntie bij de bediening van het station.

Maar hoewel deze hydrogenerator vrij eenvoudig te vervaardigen is, brengt de werking een aantal speciale omstandigheden met zich mee die in het echte leven niet altijd haalbaar zijn. Dergelijke structuren blokkeren de rivierbedding en het is onwaarschijnlijk dat buren langs de kust, om nog maar te zwijgen van vertegenwoordigers van milieudiensten, het gebruik van stromingsenergie voor uw doeleinden zullen toestaan.

Bovendien kan de unit in de winter alleen worden gebruikt in niet-bevriezende waterlichamen en in barre klimaten kan deze worden bewaard of gedemonteerd. Daarom worden slingerstations tijdelijk en voornamelijk in een verlaten gebied gebouwd (bijvoorbeeld in de buurt van zomerweiden).

Rotorstations met een capaciteit van 1 tot 15 kW / u genereren tot 9,3 MW per maand en stellen u in staat om zelfstandig het probleem van elektrificatie op te lossen in regio's die ver verwijderd zijn van centrale snelwegen

Een modern analoog systeem van een kettinginstallatie is een onderwater- of getijdenkaderstation met dwarsrotoren. In tegenstelling tot hun voorganger met slingers, blokkeren deze constructies niet de hele rivier, maar gebruiken ze slechts een deel van het kanaal en kunnen ze op een ponton / vlot worden geïnstalleerd of volledig naar de bodem van het reservoir worden verlaagd.

Verticale rotor Darier

De Darier-rotor is een turbine-apparaat dat in 1931 werd genoemd ter ere van zijn uitvinder.Het systeem bestaat uit verschillende aerodynamische bladen die op radiale balken zijn bevestigd en werkt vanwege het drukverschil volgens het principe van de "hijsvleugel", die veel betrokken is bij de scheepsbouw en de luchtvaart.

Hoewel deze installaties meer worden gebruikt om windgeneratoren te maken, kunnen ze met water werken. Maar in dit geval zijn nauwkeurige berekeningen nodig om de dikte en breedte van de bladen te selecteren in overeenstemming met de sterkte van de waterstroom.

De Darier-rotor lijkt op een "windmolen", alleen onder water geïnstalleerd en kan werken, ongeacht seizoensfluctuaties in de stroomsnelheid

Verticale rotors worden zelden gebruikt om lokale waterkrachtcentrales te creëren. Ondanks de goede prestatie-indicatoren en de ogenschijnlijke eenvoud van ontwerp, is de apparatuur vrij moeilijk te bedienen.

Voordat met de werkzaamheden wordt begonnen, moet het systeem "ongedraaid" zijn, maar alleen het bevriezen van een reservoir kan een station stoppen. Daarom wordt de Darier-rotor voornamelijk gebruikt in industriële ondernemingen.

Een interessante oplossing op het gebied van het ontwerpen van kleine waterkrachtcentrales met een verticaal werkende turbine werd voorgesteld door de Oostenrijkse uitvinder Franz Zotloterer:

Het grote voordeel van de draaikolken wordt terecht beschouwd als het behoud van de visbestanden. De werking van een verticale turbine is niet schadelijk voor levende organismen in de rivier. Bovendien blijft modder niet hangen op de wanden van constructies vanwege de specifieke beweging van de waterstroom.

Onderwater propeller

In feite is dit de gemakkelijkste windmolen, hij wordt alleen onder water geïnstalleerd. De afmetingen van de bladen om maximale rotatiesnelheid en minimale weerstand te garanderen, worden berekend afhankelijk van de sterkte van de stroming. Als de stroomsnelheid bijvoorbeeld niet hoger is dan 2 m / s, moet de breedte van het blad binnen 2-3 cm zijn.

Een onderwaterpropeller is gemakkelijk met uw eigen handen te maken, maar is alleen geschikt voor diepe en snelle rivieren - in een ondiepe vijver kunnen roterende messen verwondingen veroorzaken bij vissers, zwemmers, watervogels en dieren

Zo'n windmolen is "richting" de stroming geïnstalleerd, maar de wieken werken niet door de druk van de waterdruk, maar door het optreden van hefkracht (volgens het principe van een vliegtuigvleugel of scheepsschroef).

Waterrad met bladen

Een waterrad is een van de eenvoudigste opties voor een hydraulische motor, bekend sinds de tijd van het Romeinse rijk. De effectiviteit van zijn werk hangt grotendeels af van het type bron waarop het is geïnstalleerd.

Het gietwiel kan alleen draaien vanwege het debiet en het gietwiel kan worden gedraaid met behulp van druk en het gewicht van water dat van bovenaf op de messen stroomt

Afhankelijk van de diepte en het kanaal van de waterloop kunnen verschillende soorten wielen worden geïnstalleerd:

• Onderzeeër (of inferieur) - Geschikt voor ondiepe rivieren met een snelle stroming.
• Middenbodem - bevinden zich in kanalen met natuurlijke watervallen zodat de stroom ongeveer in het midden van de roterende trommel stroomt.
• Bulk (of bovenste pit) - worden onder de dam, buis of onderaan de natuurlijke drempel geïnstalleerd, zodat het vallende water door de bovenkant van het wiel blijft.

Maar het werkingsprincipe voor alle opties is hetzelfde: water komt de messen binnen en drijft een wiel aan, waardoor de generator voor een mini-energiecentrale draait.

Fabrikanten van hydraulische apparatuur bieden kant-en-klare turbines aan waarvan de bladen speciaal zijn aangepast voor een specifiek waterdebiet. Maar ambachtslieden in huis maken drumstructuren op de ouderwetse manier - van geïmproviseerde materialen.

De volgende fotoselectie zal u helpen vertrouwd te raken met de stappen van het bouwen van de eenvoudigste versie van een mini-waterkrachtcentrale:

Misschien zal het gebrek aan optimalisatie de efficiëntie-indicatoren beïnvloeden, maar de kosten van zelfgemaakte apparatuur zullen een paar keer goedkoper zijn dan de gekochte tegenhanger. Daarom is een waterrad de meest populaire optie om je eigen mini-waterkrachtcentrale te organiseren.

Voorwaarden voor de installatie van een waterkrachtcentrale

Ondanks de verleidelijke goedkope energie die wordt gegenereerd door een hydrogenerator, is het belangrijk om rekening te houden met de kenmerken van een waterbron, waarvan u de bronnen wilt gebruiken voor uw eigen behoeften.

Inderdaad, niet elke waterloop is geschikt om een ​​mini-waterkrachtcentrale te exploiteren, temeer het hele jaar door, dus het kan geen kwaad om de mogelijkheid te hebben om in reserve een centrale snelweg aan te sluiten.

Een paar voor- en nadelen

De belangrijkste voordelen van een individuele waterkrachtcentrale liggen voor de hand: goedkope apparatuur die goedkope elektriciteit opwekt, is niet schadelijk voor de natuur (in tegenstelling tot dammen die de rivierstroom blokkeren). Hoewel het systeem niet absoluut veilig kan worden genoemd, kunnen nog steeds draaiende elementen van turbines verwondingen veroorzaken bij de bewoners van de onderwaterwereld en zelfs bij mensen.

Om ongelukken te voorkomen, moet de waterkrachtcentrale worden beschermd en als het systeem volledig wordt verborgen door water - installeer een waarschuwingsbord op de wal

Voordelen van mini-hydro:

1. In tegenstelling tot andere 'gratis' energiebronnen (zonnepanelen, windgeneratoren), kunnen hydraulische systemen werken ongeacht het tijdstip van de dag of het weer. Het enige dat ze kan voorkomen, is het bevriezen van het reservoir.
2. Het is niet nodig om een ​​grote rivier te hebben om een ​​hydrogenerator te installeren - dezelfde waterwielen kunnen zelfs met kleine (maar snelle!) Beken met succes worden gebruikt.
3. Installaties stoten geen schadelijke stoffen uit, vervuilen het water niet en werken vrijwel geruisloos.
4. Voor de installatie van mini-waterkrachtcentrales met een capaciteit tot 100 kW is het niet nodig om vergunningen op te stellen (al hangt het allemaal af van de lokale autoriteiten en het type installatie).
5. Overtollige elektriciteit kan worden verkocht aan naburige huizen.

Wat de tekortkomingen betreft, kan onvoldoende stromingskracht een ernstig obstakel worden voor de productieve werking van apparatuur. In dit geval is het nodig om hulpconstructies op te zetten, wat extra kosten met zich meebrengt.

Als de potentiële energie van een nabijgelegen rivier niet voldoende is voor een geschatte berekening om elektriciteit op te wekken in een hoeveelheid die voldoende is voor praktisch gebruik, is het de moeite waard om op te letten bouwmethoden voor windturbines. De windmolen zal een effectieve aanvulling zijn.

Meting van waterstroom

Het eerste dat u moet doen om na te denken over het type en de installatiemethode van het station, is het meten van de snelheid van de waterstroom bij een gekozen bron.

De eenvoudigste manier is om elk lichtgewicht object (bijvoorbeeld een tennisbal, een stuk piepschuim of een vissersdobber) op de stroomversnellingen te laten zakken en de tijd te stoppen waarmee de zwemmer de afstand naar een bepaald herkenningspunt zal zwemmen. De standaard afstand voor het "zwemmen" is 10 meter.

Als de vijver ver van huis is, kunt u een aftakkingskanaal of pijpleiding bouwen en tegelijkertijd zorgen voor de hoogteverschillen

Nu moet je de afgelegde afstand in meters delen door het aantal seconden - dit is de snelheid van de stroom. Maar als de verkregen waarde minder is dan 1 m / s, zullen kunstmatige constructies moeten worden opgetrokken om de stroming te versnellen door hoogteverschillen.

Dit kan met een opvouwbare dam of een smalle afvoerpijp. Maar zonder een goede stroming zal het idee van een waterkrachtcentrale moeten worden losgelaten.

Productie van waterkrachtcentrales op basis van een waterrad

Natuurlijk is het een idee uit het rijk van de fantasie om 'op één knie' te assembleren en een kolos te bouwen die is ontworpen om een ​​onderneming of een nederzetting te bedienen, zelfs vanuit een dozijn huizen. Maar om met uw eigen handen een mini-waterkrachtcentrale te bouwen om elektriciteit te besparen, is heel reëel. Bovendien kunt u zowel afgewerkte componenten als geïmproviseerde materialen gebruiken.

Daarom overwegen we stapsgewijze fabricage van de eenvoudigste structuur - een waterrad.

Benodigde materialen en gereedschappen

Om met uw eigen handen een mini-waterkrachtcentrale te maken, moet u een lasmachine, een slijpmachine, een boormachine en een set hulpgereedschappen voorbereiden - een hamer, een schroevendraaier, een liniaal.

Van de materialen heb je nodig:

• Hoeken en plaatwerk met een dikte van minimaal 5 mm.
• Buizen van PVC of gegalvaniseerd staal voor de vervaardiging van bladen.
• Generator (u kunt een kant-en-klare gebruiken of deze zelf maken, zoals in dit voorbeeld).
• Remschijven.
• As en lagers.
• Multiplex.
• Polystyreenhars voor het vullen van de rotor en stator.
• 15 mm koperdraad voor een geïmproviseerde generator.
• Neodymium magneten.

Houd er rekening mee dat het wielontwerp constant in contact komt met water, daarom moeten metalen en houten elementen worden geselecteerd met bescherming tegen vocht (of zorg voor hun impregnering en verf zelf). Idealiter kan multiplex worden vervangen door plastic, maar houten onderdelen zijn gemakkelijker te krijgen en te vormen.

Wielmontage en mondstukproductie

De basis voor het wiel zelf kunnen twee stalen schijven van dezelfde diameter zijn (als het mogelijk is om een ​​stalen trommel uit de kabel te halen - prima, dit zal het montageproces aanzienlijk versnellen).

Maar als er geen metaal werd gevonden in de materialen die voorhanden zijn, is het mogelijk om cirkels uit waterdicht multiplex te snijden, hoewel de sterkte en duurzaamheid van zelfs behandeld hout niet te vergelijken is met staal. Vervolgens moet u op een van de schijven een rond gat maken om de generator te installeren.

Daarna worden de messen gemaakt en hebben ze minimaal 16 stuks nodig. Hiervoor worden gegalvaniseerde buizen in de lengte in twee of vier delen gesneden (afhankelijk van de diameter). Vervolgens moeten de snijplekken en het oppervlak van de messen zelf worden geschuurd om energieverlies tijdens wrijving te verminderen.

De bladen zijn onder een hoek van ongeveer 40-45 graden geïnstalleerd - dit zal helpen om het oppervlak te vergroten, dat wordt beïnvloed door de stromingskracht

De afstand tussen de twee zijschijven moet zo dicht mogelijk bij de lengte van de messen zijn. Om een ​​plaats te schetsen voor de locatie van toekomstige hubs, wordt aanbevolen om een ​​sjabloon van multiplex te maken, waarop een plaats voor elk onderdeel en een gat voor het bevestigen van het wiel aan de generator zullen worden aangegeven. Aan de buitenkant van een van de schijven kan een klaarmarkering worden aangebracht.

Vervolgens worden de cirkels parallel aan elkaar geïnstalleerd met behulp van stangen met massieve schroefdraad en worden de messen gelast of vastgezet met bouten in de gewenste posities. De trommel draait op lagers en een frame met hoeken of pijpen met een kleine diameter wordt gebruikt als ondersteuning.

In dit stadium kan de drumconstructie als voltooid worden beschouwd, het blijft om deze uit te rusten met een zelfgemaakte generator en een mondstuk dat de waterstroom leidt

Het mondstuk is ontworpen voor waterbronnen van het cascadetype - een dergelijke opstelling zal het gebruik van stromingsenergie maximaal toelaten. Dit hulpelement wordt gemaakt door plaatmetaal te buigen met aansluitend lassen van de naden, en vervolgens op de buis te monteren.

Als er echter een vlakke rivier in uw gebied stroomt zonder stroomversnellingen en andere obstakels op grote hoogte, is dit detail niet nodig.

Het is belangrijk dat de breedte van het uitlaatgat van de spuitmond overeenkomt met de breedte van het wiel zelf, anders zal een deel van de stroom inactief worden zonder op de bladen te komen

Nu moet het wiel op de as worden gemonteerd en op een steun worden gemonteerd vanuit de hoeken die aan elkaar zijn gelast of vastgeschroefd. Het blijft over om een ​​generator te maken (of klaar te zetten) en je kunt naar de rivier gaan.

DIY-generator

Om een ​​zelfgemaakte generator te maken, moet je een statorwikkeling en -vulling maken, waarvoor je spoelen nodig hebt met elk 125 windingen koperdraad. Nadat ze zijn samengevoegd, wordt de hele structuur gegoten met polyesterhars.

Elke fase bestaat uit drie opeenvolgende bevestigde spoelen, zodat de verbinding kan worden gemaakt in de vorm van een ster of een driehoek met verschillende externe draden

Nu moet u een sjabloon van multiplex voorbereiden die overeenkomt met de grootte van de remschijf.

Markeringen zijn gemaakt op een houten ring en er zijn sleuven gemaakt voor het installeren van magneten (in dit geval werden neodymiummagneten van 1,3 cm dik, 2,5 cm breed en 5 cm lang gebruikt). Vervolgens wordt de resulterende rotor ook met hars gevuld en na droging aan de trommel van het wiel bevestigd.

Waterrad met remschijfrotor en koperdraadspoelgenerator - gelakt, presentabel en klaar voor gebruik

De laatst gemonteerde aluminium behuizing met een ampèremeter, die de gelijkrichters bedekt. De taak van deze elementen is om driefasige stroom om te zetten in gelijkstroom.

Na het installeren van het wiel in de stroom van een kleine rivier met een cascade of bypass-buis, kunt u rekenen op de prestaties van een mini-waterkrachtcentrale op 1.9A * 12V bij 110 tpm

Om te voorkomen dat bladeren, zand en ander vuil dat met de stroom meegaat in het wiel valt, is het raadzaam om een ​​beschermnet voor het apparaat te plaatsen.

Je kunt ook experimenteren met openingen tussen magneten en spoelen met een groter aantal windingen om de efficiëntie van het waterkrachtstation te vergroten.

Over alle soorten alternatieve energiebronnen U leest het door het artikel te lezen over het introduceren van groene technologieën in het dagelijks leven.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Video # 1. Een voorbeeld van een werkende hydraulische installatie met een zelfgemaakte generator op basis van een driefasige motor:

Video # 2. Wateraangedreven mini-waterkrachtcentrale:

Video # 3.Een station op basis van een fietswiel is een interessante oplossing voor het probleem van de energievoorziening op vakantie ver van de bewoonde wereld:

Zoals je kunt zien, is het niet zo moeilijk om een ​​mini-waterkrachtcentrale met je eigen handen te bouwen. Maar aangezien de meeste berekeningen en parameters voor de componenten ervan 'met het oog' worden bepaald, moet men voorbereid zijn op mogelijke storingen en bijbehorende kosten.

Als u een gebrek aan kennis en ervaring op dit gebied voelt, is het de moeite waard om te vertrouwen op specialisten die alle noodzakelijke berekeningen zullen uitvoeren, de apparatuur adviseren die optimaal is voor uw geval en deze op een kwaliteitsvolle manier installeren.

Schrijf opmerkingen in het onderstaande blok. Deel interessante informatie en nuttige aanbevelingen, laat thematische foto's achter. Misschien wilt u vertellen hoe u uw eigen waterkrachtcentrale op een buitenwijk heeft gebouwd? We lezen graag uw verhaal over het proces van het apparaat en de bediening.