Zrób to sam hydroelektrownia: jak zbudować autonomiczną mini-hydroelektrownię

Siła strumienia wody jest odnawialnym zasobem naturalnym, który pozwala otrzymywać prawie bezpłatną energię elektryczną. Energia oddana przez naturę zapewni możliwość zaoszczędzenia na narzędziach i rozwiązania problemu z ładowaniem sprzętu.

Jeśli strumień lub rzeka płynie w pobliżu domu, warto je wykorzystać. Będą mogli dostarczyć prąd do działki i domu. I nawet jeśli zbudowana jest elektrownia wodna „zrób to sam”, efekt ekonomiczny znacznie wzrasta.

W prezentowanym artykule szczegółowo opisano technologię wytwarzania prywatnych konstrukcji hydraulicznych. Rozmawialiśmy o tym, co jest wymagane do skonfigurowania systemu i podłączenia go do konsumentów. Tutaj poznasz wszystkie opcje dla miniaturowych dostawców energii, zmontowanych z improwizowanych materiałów.

Elektrownie wodne

Elektrownie wodne to konstrukcje zdolne do przekształcania energii ruchu wody w elektryczność. Alternatywni dostawcy zielonej energii elektrycznej podczas gdy aktywnie wykorzystywani tylko na Zachodzie. Na terenie naszego kraju ta obiecująca branża stawia pierwsze nieśmiałe kroki.

Małe prywatne elektrownie wodne mogą być tamami na dużych rzekach, generującymi od kilkunastu do kilkuset megawatów lub mini-elektrowni wodnych o maksymalnej mocy 100 kW, co wystarcza na potrzeby prywatnego domu. Tutaj o tym ostatnim i dowiedz się więcej.

Hydrauliczna stacja śrubowa

Konstrukcja składa się z łańcucha wirników zamontowanych na elastycznym stalowym kablu przeciągniętym przez rzekę. Sam kabel pełni rolę wału obrotowego, którego jeden koniec jest zamocowany na łożysku wsporczym, a drugi aktywuje wałek generatora.

Każdy wirnik hydrauliczny „girlanda” jest w stanie wytworzyć około 2 kW energii, chociaż prędkość przepływu wody w tym celu powinna wynosić co najmniej 2,5 metra na sekundę, a głębokość zbiornika nie powinna przekraczać 1,5 m.

Zasada działania elektrowni wodnej girlandowej jest prosta: ciśnienie wody obraca śruby hydrauliczne, które obracają kabel i zmuszają generator do generowania energii

Stacje Garland były z powodzeniem używane w połowie ubiegłego wieku, ale rolę śrub odegrały domowe śmigła, a nawet puszki. Obecnie producenci oferują kilka rodzajów wirników do różnych warunków pracy.

Są one wyposażone w noże o różnych rozmiarach wykonane z blachy i pozwalają uzyskać maksymalną wydajność pracy stacji.

Ale chociaż ten hydrogenerator jest dość prosty w produkcji, jego działanie obejmuje szereg specjalnych warunków, które nie zawsze są wykonalne w prawdziwym życiu. Takie konstrukcje blokują koryto rzeki i jest mało prawdopodobne, że sąsiedzi wzdłuż wybrzeża, nie wspominając o przedstawicielach służb ochrony środowiska, pozwolą na wykorzystanie energii przepływowej do twoich celów.

Ponadto zimą urządzenie może być używane tylko w niezamarzających zbiornikach wodnych, aw trudnych warunkach klimatycznych można je zachować lub zdemontować. Dlatego stacje girland są budowane tymczasowo i głównie w opuszczonym obszarze (na przykład w pobliżu letnich pastwisk).

Stacje wirników o wydajności od 1 do 15 kW / h wytwarzają do 9,3 MW miesięcznie i pozwalają samodzielnie rozwiązać problem elektryfikacji w regionach oddalonych od głównych autostrad

Nowoczesnym analogiem instalacji łańcuchowej są zanurzalne lub pływowe stacje ramowe z wirnikami poprzecznymi. W przeciwieństwie do swojego poprzednika wianek, konstrukcje te nie blokują całej rzeki, ale wykorzystują tylko część kanału i można je zainstalować na pontonie / tratwie lub całkowicie obniżyć do dna zbiornika.

Pionowy wirnik Dariera

Wirnik Dariera to urządzenie turbinowe, które zostało nazwane na cześć wynalazcy w 1931 roku.System składa się z kilku aerodynamicznych ostrzy przymocowanych do promieniowych belek i działa ze względu na spadek ciśnienia zgodnie z zasadą „podnoszonego skrzydła”, która jest szeroko zaangażowana w przemyśle stoczniowym i lotniczym.

Chociaż rośliny te są częściej wykorzystywane do tworzenia generatorów wiatrowych, mogą pracować z wodą. Ale w tym przypadku potrzebne są dokładne obliczenia, aby wybrać grubość i szerokość ostrzy zgodnie z siłą strumienia wody.

Wirnik Dariera przypomina „wiatrak” zainstalowany tylko pod wodą i może pracować niezależnie od sezonowych wahań natężenia przepływu

Wirniki pionowe są rzadko używane do tworzenia lokalnych elektrowni wodnych. Pomimo dobrych wskaźników wydajności i pozornej prostoty konstrukcji sprzęt jest dość trudny w obsłudze.

Przed rozpoczęciem pracy system musi zostać „odkręcony”, ale tylko zamrożenie zbiornika może zatrzymać działającą stację. Dlatego wirnik Dariera jest wykorzystywany głównie w przedsiębiorstwach przemysłowych.

Ciekawe rozwiązanie w zakresie projektowania małych elektrowni wodnych z pionowo działającą turbiną zaproponował austriacki wynalazca Franz Zotloterer:

Istotną zaletę wirów wodnych słusznie uważa się za ochronę zasobów rybnych. Działanie pionowej turbiny nie szkodzi żywym organizmom rzeki. Ponadto błoto nie pozostaje na ścianach konstrukcji ze względu na specyficzny ruch przepływu wody.

Podwodne śmigło

W rzeczywistości jest to najłatwiejszy wiatrak, jest instalowany tylko pod wodą. Wymiary ostrzy w celu zapewnienia maksymalnej prędkości obrotowej i minimalnego oporu są obliczane w zależności od siły przepływu. Na przykład, jeśli prędkość przepływu nie przekracza 2 m / s, wówczas szerokość ostrza powinna wynosić 2-3 cm.

Podwodne śmigło jest łatwe do wykonania własnymi rękami, ale nadaje się tylko do głębokich i szybkich rzek - w płytkim stawie obracające się ostrza mogą powodować obrażenia rybaków, pływaków, ptactwa wodnego i zwierząt

Taki wiatrak jest instalowany „w kierunku” przepływu, ale jego łopaty nie działają z powodu ciśnienia ciśnienia wody, ale z powodu wystąpienia siły podnoszenia (na zasadzie skrzydła samolotu lub śmigła statku).

Koło wodne z ostrzami

Koło wodne jest jedną z najprostszych opcji silnika hydraulicznego, znaną od czasów Cesarstwa Rzymskiego. Skuteczność jego pracy zależy w dużej mierze od rodzaju źródła, na którym została zainstalowana.

Koło odlewnicze może się obracać tylko z powodu natężenia przepływu, a koło odlewnicze można obracać za pomocą ciśnienia i ciężaru wody przepływającej z góry na ostrza

W zależności od głębokości i kanału cieku wodnego można zainstalować różne typy kół:

• Okręt podwodny (lub niższy) - Nadaje się do płytkich rzek o szybkim przepływie.
• Środek dolny - są umieszczone w kanałach z naturalnymi kaskadami, dzięki czemu strumień płynie w przybliżeniu na środku obracającego się bębna.
• Bulk (lub górny dół) - są instalowane pod tamą, rurą lub na dnie naturalnego progu, tak aby spadająca woda przepływała przez górną część koła.

Ale zasada działania wszystkich opcji jest taka sama: woda dostaje się do ostrzy i napędza koło, co powoduje, że generator mini-elektrowni obraca się.

Producenci urządzeń hydraulicznych oferują gotowe turbiny, których łopatki są specjalnie przystosowane do określonego natężenia przepływu wody. Ale domowi rzemieślnicy robią struktury bębnowe w staromodny sposób - z improwizowanych materiałów.

Poniższy wybór zdjęć pomoże ci zapoznać się z etapami budowy najprostszej wersji mini stacji hydroelektrycznej:

Być może brak optymalizacji wpłynie na wskaźniki wydajności, ale koszt domowego sprzętu będzie kilka razy tańszy niż zakupiony odpowiednik. Dlatego koło wodne jest najpopularniejszą opcją do organizowania własnej mini-hydroelektrowni.

Warunki instalacji elektrowni wodnej

Pomimo kuszącej taniej energii wytwarzanej przez hydrogenerator ważne jest, aby wziąć pod uwagę cechy źródła wody, którego zasoby planujesz wykorzystać na własne potrzeby.

Rzeczywiście, nie każdy ciek wodny nadaje się do obsługi mini-hydroelektrowni, tym bardziej przez cały rok, więc nie zaszkodzi mieć możliwość połączenia ze scentralizowaną autostradą w rezerwie.

Kilka zalet i wad

Główne zalety indywidualnej elektrowni wodnej są oczywiste: niedrogi sprzęt, który wytwarza tanią energię elektryczną, nie szkodzi naturze (w przeciwieństwie do tam, które blokują prąd rzeki). Chociaż systemu nie można nazwać absolutnie bezpiecznym, wciąż obracające się elementy turbin mogą powodować obrażenia mieszkańców podwodnego świata, a nawet ludzi.

Aby zapobiec wypadkom, elektrownia wodna musi być chroniona, a jeśli system jest całkowicie ukryty przez wodę - należy zainstalować znak ostrzegawczy na brzegu

Zalety mini-hydro:

1. W przeciwieństwie do innych „darmowych” źródeł energii (paneli słonecznych, generatorów wiatrowych), układy hydrauliczne mogą działać niezależnie od pory dnia i pogody. Jedyną rzeczą, która może im zapobiec, jest zamarznięcie zbiornika.
2. Nie trzeba mieć dużej rzeki, aby zainstalować hydrogenerator - te same koła wodne można z powodzeniem stosować nawet w małych (ale szybkich!) Strumieniach.
3. Instalacje nie emitują szkodliwych substancji, nie zanieczyszczają wody i działają prawie bezgłośnie.
4. W przypadku instalacji mini-hydroelektrowni o mocy do 100 kW nie jest konieczne wydawanie pozwoleń (chociaż wszystko zależy od lokalnych władz i rodzaju instalacji).
5. Nadmiar prądu można sprzedać sąsiednim domom.

Jeśli chodzi o niedociągnięcia, niewystarczająca siła przepływu może stać się poważną przeszkodą w produktywnej eksploatacji urządzeń. W takim przypadku konieczne będzie wzniesienie struktur pomocniczych, co pociąga za sobą dodatkowe koszty.

Jeśli energia potencjalna pobliskiej rzeki nie jest wystarczająca do przybliżonego obliczenia do wytworzenia energii elektrycznej w ilości wystarczającej do praktycznego wykorzystania, warto zwrócić uwagę na metody budowy turbin wiatrowych. Wiatrak będzie służyć jako skuteczne uzupełnienie.

Pomiar przepływu wody

Pierwszą rzeczą, którą musisz zrobić, aby pomyśleć o rodzaju i sposobie instalacji stacji, jest pomiar prędkości przepływu wody przy wybranym źródle.

Najłatwiejszym sposobem jest opuszczenie dowolnego lekkiego przedmiotu (na przykład piłki tenisowej, kawałka styropianu lub pływaka) na bystrza i zatrzymanie czasu, w którym pływak przepłynie odległość do jakiegoś punktu orientacyjnego. Standardowa odległość dla „pływania” wynosi 10 metrów.

Jeśli staw jest daleko od domu, możesz zbudować odgałęziony kanał lub rurociąg, a jednocześnie zadbać o różnice wysokości

Teraz musisz podzielić odległość przebytą w metrach przez liczbę sekund - będzie to prędkość prądu. Ale jeśli uzyskana wartość jest mniejsza niż 1 m / s, konieczne będzie wzniesienie sztucznych struktur w celu przyspieszenia przepływu przez różnice wysokości.

Można to zrobić za pomocą składanej tamy lub wąskiej rury spustowej. Ale bez dobrego przepływu pomysł na elektrownię wodną będzie musiał zostać porzucony.

Produkcja elektrowni wodnych na kole wodnym

Oczywiście montaż „na jedno kolano” i zbudowanie kolosa zaprojektowanego do obsługi przedsiębiorstwa lub osady nawet z kilkunastu domów to pomysł z dziedziny fantasy. Ale zbudowanie własnej stacji hydroelektrycznej własnymi rękami w celu oszczędzania energii elektrycznej jest całkiem realne. Ponadto możesz używać zarówno gotowych komponentów, jak i improwizowanych materiałów.

Dlatego rozważamy produkcję krok po kroku najprostszej konstrukcji - koła wodnego.

Niezbędne materiały i narzędzia

Aby zrobić mini-hydroelektryczną stację własnymi rękami, musisz przygotować spawarkę, szlifierkę, wiertło i zestaw narzędzi pomocniczych - młotek, śrubokręt, linijkę.

Z materiałów będziesz potrzebować:

• Narożniki i blachy o grubości co najmniej 5 mm.
• Rury wykonane z PVC lub stali ocynkowanej do produkcji ostrzy.
• Generator (możesz użyć gotowego lub zrobić to sam, jak w tym przykładzie).
• Tarcze hamulcowe
• Wał i łożyska.
• Sklejka
• Żywica polistyrenowa do napełniania wirnika i stojana.
• 15 mm drut miedziany do prowizorycznego generatora.
• Magnesy neodymowe.

Należy pamiętać, że konstrukcja koła będzie w ciągłym kontakcie z wodą, dlatego elementy metalowe i drewniane należy wybierać z ochroną przed wilgocią (lub sam zadbaj o ich impregnację i malowanie). Idealnie, sklejkę można zastąpić plastikiem, ale drewniane elementy są łatwiejsze do zdobycia i ukształtowania.

Montaż kół i produkcja dysz

Podstawą samego koła mogą być dwa stalowe dyski o tej samej średnicy (jeśli można wyciągnąć stalowy bęben z kabla - w porządku, znacznie przyspieszy to proces montażu).

Ale jeśli w dostępnych materiałach nie było metalu, można wycinać koła z wodoodpornej sklejki, chociaż wytrzymałości i trwałości nawet impregnowanego drewna nie można porównać ze stalą. Następnie na jednym z dysków musisz wyciąć okrągły otwór do zainstalowania generatora.

Następnie wykonane są ostrza i będą potrzebowały co najmniej 16 sztuk. W tym celu ocynkowane rury są cięte wzdłużnie na dwie lub cztery części (w zależności od średnicy). Następnie miejsca cięcia i sama powierzchnia ostrzy muszą zostać przeszlifowane, aby zmniejszyć straty energii podczas tarcia.

Ostrza są instalowane pod kątem około 40-45 stopni - pomoże to zwiększyć powierzchnię, na którą wpłynie siła przepływu

Odległość między dwoma tarczami bocznymi powinna być jak najbliższa długości noży. Aby obrysować miejsce dla przyszłych piast, zaleca się wykonanie szablonu ze sklejki, na którym wskazane będzie miejsce dla każdej części i otwór do zamocowania koła do generatora. Gotowe oznaczenie można przymocować na zewnątrz jednego z napędów.

Następnie koła są instalowane równolegle do siebie za pomocą prętów z pełnym gwintem, a ostrza są spawane lub mocowane za pomocą śrub w pożądanych pozycjach. Bęben będzie się obracał na łożyskach, a rama podporowa lub rama o małej średnicy zostanie zastosowana.

Na tym etapie zespół bębna można uznać za kompletny, pozostaje wyposażyć go w domowy generator i dyszę kierującą przepływ wody

Dysza przeznaczona jest do źródeł wody typu kaskadowego - taka konfiguracja pozwoli maksymalnie wykorzystać energię przepływu. Ten element pomocniczy jest wykonywany przez gięcie blachy z późniejszym spawaniem szwów, a następnie jest montowany na rurze.

Jeśli jednak w twoim obszarze płynie płaska rzeka bez bystrza i innych przeszkód na dużych wysokościach, ten szczegół nie jest konieczny.

Ważne jest, aby szerokość otworu wylotowego dyszy odpowiadała szerokości samego koła, w przeciwnym razie część przepływu będzie bezczynna bez dostania się na ostrza

Teraz koło musi być zamontowane na osi i zamocowane na wsporniku z narożników zespawanych lub skręcanych razem. Pozostaje zrobić generator (lub zainstalować go gotowy) i możesz iść nad rzekę.

Generator DIY

Aby zrobić domowy generator, musisz wykonać uzwojenie stojana i wypełnić, do których potrzebujesz cewek z 125 zwojami drutu miedzianego na każdym. Po ich połączeniu cała konstrukcja zostaje wypełniona żywicą poliestrową.

Każda faza składa się z trzech kolejno połączonych cewek, więc połączenie może być wykonane w kształcie gwiazdy lub trójkąta z kilkoma zewnętrznymi przewodami

Teraz musisz przygotować szablon ze sklejki, który pasuje do wielkości tarczy hamulcowej.

Oznaczenia są wykonane na drewnianym pierścieniu, a szczeliny służą do montażu magnesów (w tym przypadku zastosowano magnesy neodymowe o grubości 1,3 cm, szerokości 2,5 cm i długości 5 cm). Następnie powstały wirnik jest również wypełniony żywicą, a po wysuszeniu jest przymocowany do bębna koła.

Koło wodne z tarczą hamulcową i generatorem cewki z drutu miedzianego - malowane, prezentowalne i gotowe do użycia

Ostatnia zamontowana aluminiowa obudowa z amperomierzem, zakrywająca prostowniki. Zadaniem tych elementów jest zamiana prądu trójfazowego na prąd stały.

Po zainstalowaniu koła w strumieniu małej rzeki z kaskadą lub rurą obejściową możesz liczyć na wydajność mini-elektrowni wodnej przy 1,9A * 12V przy 110 obrotach na minutę

Aby liście, piasek i inne zanieczyszczenia przyniesione ze strumieniem nie wpadły do ​​koła, zaleca się umieszczenie siatki ochronnej przed urządzeniem.

Możesz także eksperymentować z przerwami między magnesami i cewkami o zwiększonej liczbie zwojów, aby zwiększyć wydajność stacji hydroelektrycznej.

O wszystkich typach alternatywne źródła energii Dowiesz się, czytając artykuł o wdrażaniu zielonych technologii w życiu codziennym.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Wideo nr 1. Przykład działającej instalacji hydraulicznej z samodzielnie wykonanym generatorem opartym na silniku trójfazowym:

Wideo nr 2. Mini elektrownia wodna zasilana wodą:

Wideo nr 3.Stacja oparta na kole rowerowym to ciekawe rozwiązanie problemu zaopatrzenia w energię na wakacjach z dala od cywilizacji:

Jak widać, zbudowanie mini-elektrowni wodnej własnymi rękami nie jest takie trudne. Ponieważ jednak większość obliczeń i parametrów dla jego składników ustala się „na oko”, należy przygotować się na możliwe awarie i związane z tym koszty.

Jeśli odczuwasz brak wiedzy i doświadczenia w tej dziedzinie, warto zaufać specjalistom, którzy wykonają wszystkie niezbędne obliczenia, doradzą sprzęt optymalny dla twojej skrzynki i zainstalują ją w odpowiedni sposób.

Proszę pisać komentarze w bloku poniżej. Dziel się interesującymi informacjami i przydatnymi rekomendacjami, zostawiaj zdjęcia tematyczne. Być może chcesz powiedzieć, jak zbudowałeś własną elektrownię wodną na terenie podmiejskim? Z przyjemnością przeczytamy Twoją historię na temat procesu urządzenia i obsługi.