Do-it-yourself hydroelektrárne: ako postaviť autonómne mini-hydroelektrárne

Sila vodného toku je obnoviteľný prírodný zdroj, ktorý vám umožňuje prijímať takmer bezplatnú elektrinu. Energia darovaná prírodou poskytne príležitosť na úsporu energie a vyriešenie problému s nabíjaním zariadenia.

Ak v blízkosti vášho domu tečie potok alebo rieka, stojí za to ich využiť. Budú môcť dodávať elektrinu do pozemku a do domu. A aj keď je vybudovaná vodná elektráreň pre kutilov, ekonomický efekt sa výrazne zvyšuje.

Predložený článok podrobne popisuje technológiu výroby súkromných hydraulických štruktúr. Hovorili sme o tom, čo je potrebné na zostavenie systému a jeho pripojenie k spotrebiteľom. Tu sa dozviete o všetkých možnostiach pre miniatúrnych dodávateľov energie, zostavených z improvizovaných materiálov.

Vodné elektrárne

Vodné elektrárne sú štruktúry schopné premieňať energiu pohybu vody na elektrickú energiu. Alternatívni poskytovatelia zelenej elektriny zatiaľ čo sa aktívne využívali iba na Západe. Na území našej krajiny tento sľubný priemysel podniká iba prvé nesmelé kroky.

Malé súkromné ​​vodné elektrárne môžu byť priehradami na veľkých riekach, ktoré vyrábajú od tuctu do niekoľko stoviek megawattov alebo mini-vodné elektrárne s maximálnym výkonom 100 kW, čo je dostatočné pre potreby súkromného domu. Tu sa dozviete viac.

Hydraulická skrutková stanica

Konštrukcia sa skladá z reťaze rotorov namontovaných na pružnom oceľovom lane ťahanom cez rieku. Samotný kábel plní úlohu rotačného hriadeľa, ktorého jeden koniec je upevnený na nosnom ložisku a druhý aktivuje hriadeľ generátora.

Každý „veniec“ hydraulický rotor je schopný generovať približne 2 kW energie, aj keď rýchlosť prúdenia vody by mala byť najmenej 2,5 metra za sekundu a hĺbka nádrže by nemala prekročiť 1,5 m.

Princíp činnosti veniečnej vodnej elektrárne je jednoduchý: tlak vody točí hydraulické skrutky, otáčajú káblom a nútia generátor generovať energiu.

Garlandové stanice sa úspešne využívali už v polovici minulého storočia, ale úlohu skrutiek hrali domáci vrtule a dokonca aj plechovky. Dnes výrobcovia ponúkajú niekoľko typov rotorov pre rôzne prevádzkové podmienky.

Sú vybavené čepeľami rôznych veľkostí z plechu a umožňujú dosiahnuť maximálnu účinnosť z prevádzky stanice.

Výroba tohto hydrogenerátora je síce veľmi jednoduchá, ale jeho prevádzka zahŕňa množstvo špeciálnych podmienok, ktoré nie sú v reálnom živote vždy realizovateľné. Takéto štruktúry blokujú koryto rieky a je nepravdepodobné, že susedia pozdĺž pobrežia, nehovoriac o zástupcoch environmentálnych služieb, umožnia využitie tokovej energie na vaše účely.

Okrem toho sa v zime jednotka môže používať iba v nemrznúcich vodných útvaroch av drsnom podnebí sa môže zachovať alebo demontovať. Garlandové stanice sa preto stavajú dočasne a hlavne v opustenej oblasti (napríklad v blízkosti letných pasienkov).

Rotorové stanice s kapacitou 1 až 15 kW / h generujú až 9,3 MW mesačne a umožňujú vám samostatne vyriešiť problém elektrifikácie v oblastiach vzdialených od centrálnych diaľnic.

Moderným analógom zariadenia so sedmokráskovým reťazcom sú ponorné alebo prílivové rámové stanice s priečnymi rotormi. Na rozdiel od svojho predchodcu veniec tieto štruktúry neblokujú celú rieku, ale používajú iba časť kanála a môžu byť inštalované na pontóne / plte alebo úplne spustené na dno nádrže.

Vertikálny rotor Darier

Rotor Darier je turbínové zariadenie, ktoré bolo pomenované na počesť jeho vynálezcu v roku 1931.Systém pozostáva z niekoľkých aerodynamických lopatiek pripevnených na radiálnych lúčoch a pracuje kvôli rozdielnemu tlaku na princípe „zdvíhacieho krídla“, ktoré sa vo veľkej miere podieľa na stavbe lodí a letectve.

Aj keď sa tieto rastliny častejšie používajú na výrobu veterných generátorov, môžu pracovať s vodou. V tomto prípade sú však potrebné presné výpočty na výber hrúbky a šírky lopatiek podľa sily prúdu vody.

Rotor Darier sa podobá „veternému mlynu“ inštalovanému iba pod vodou a môže fungovať bez ohľadu na sezónne výkyvy prietoku.

Vertikálne rotory sa zriedka používajú na vytváranie miestnych vodných elektrární. Napriek dobrým ukazovateľom výkonu a zjavnej jednoduchosti konštrukcie je obsluha zariadenia dosť náročná.

Pred začatím práce musí byť systém „nerozvinutý“, ale iba zastavenie nádrže môže zastaviť prevádzkovú stanicu. Preto sa rotor Darier používa hlavne v priemyselných podnikoch.

Zaujímavé riešenie v oblasti projektovania malých vodných elektrární s vertikálne fungujúcou turbínou navrhol rakúsky vynálezca Franz Zotloterer:

Vážna výhoda víriviek sa právom považuje za zachovanie zdrojov rýb. Prevádzka vertikálnej turbíny nepoškodzuje živé organizmy rieky. Okrem toho blato neostáva na stenách štruktúr v dôsledku špecifického pohybu vodného toku.

Podvodná vrtuľa

V skutočnosti je to najjednoduchší veterný mlyn, je inštalovaný iba pod vodou. Rozmery lopatiek na zabezpečenie maximálnej rýchlosti otáčania a minimálneho odporu sa počítajú v závislosti od sily prietoku. Napríklad, ak rýchlosť prúdenia neprekročí 2 m / s, potom by šírka čepele mala byť v rozmedzí 2 až 3 cm.

Podvodnú lodnú skrutku si ľahko vyrobíte vlastnými rukami, je však vhodná iba pre hlboké a rýchle rieky - v plytkom rybníku môžu rotujúce čepele spôsobiť zranenie rybárom, plavcom, vodnému vtáctvu a zvieratám.

Takýto veterný mlyn je inštalovaný „smerom“ k toku, ale jeho lopatky nefungujú v dôsledku tlaku tlaku vody, ale v dôsledku výskytu zdvíhacej sily (na princípe krídla lietadla alebo lodnej vrtule).

Vodné koleso s čepeľou

Vodné koleso je jednou z najjednoduchších možností pre hydraulický motor, známy od čias Rímskej ríše. Účinnosť jeho práce vo veľkej miere závisí od typu zdroja, na ktorý bola nainštalovaná.

Lejacie koleso sa môže otáčať iba v dôsledku prietoku a lejacie koleso sa môže otáčať pomocou tlaku a hmotnosti vody prúdiacej zhora na lopatky.

V závislosti od hĺbky a kanála toku môžu byť namontované rôzne typy kolies:

• Ponorka (alebo nižšia) - Vhodné pre plytké rieky s rýchlym tokom.
• Sredneboynye - sú umiestnené v kanáloch s prírodnými kaskádami tak, aby prúd prúdil približne v strede rotujúceho bubna.
• Hromadné (alebo horná jama) - sú inštalované pod hrádzou, potrubím alebo na dne prirodzeného prahu tak, aby padajúca voda pokračovala cez vrchol kolesa.

Princíp fungovania všetkých možností je však rovnaký: voda vstupuje do lopatiek a poháňa koleso, vďaka ktorému sa generátor rotácie mini-elektrárne otáča.

Výrobcovia hydraulických zariadení ponúkajú voľne dostupné turbíny, ktorých lopatky sú špeciálne upravené na špecifický prietok vody. Domáci remeselníci však robia z bicích štruktúr staromódny spôsob - z improvizovaných materiálov.

Nasledujúci výber fotografií vám pomôže oboznámiť sa s krokmi vytvorenia najjednoduchšej verzie minielektrickej stanice:

Možno, že nedostatočná optimalizácia ovplyvní ukazovatele účinnosti, ale náklady na domáce vybavenie budú stáť niekoľkokrát lacnejšie ako zakúpený náprotivok. Preto je vodné kolo najobľúbenejšou možnosťou usporiadania vašej vlastnej mini-vodnej elektrárne.

Podmienky inštalácie vodnej elektrárne

Napriek lákavej lacnosti energie vyrobenej hydrogenerátorom je dôležité vziať do úvahy vlastnosti zdroja vody, zdroje, ktoré plánujete využiť pre svoje vlastné potreby.

V skutočnosti nie každý vodný tok je vhodný na prevádzku mini-vodnej elektrárne, a to o to viac celoročne, takže nebude na škodu mať schopnosť napojiť sa na centralizovanú diaľnicu v rezerve.

Niekoľko výhod a nevýhod

Hlavné výhody jednotlivých vodných elektrární sú zrejmé: lacné zariadenie, ktoré vyrába lacnú elektrinu, nepoškodzuje prírodu (na rozdiel od priehrad, ktoré blokujú tok rieky). Aj keď systém nemožno označiť za úplne bezpečný, stále rotujúce prvky turbín môžu spôsobiť zranenia obyvateľom podmorského sveta a dokonca aj ľuďom.

Aby sa predišlo nehodám, musí byť vodná elektráreň chránená, a ak je systém úplne skrytý pred vodou, nainštalujte výstražnú značku na pobrežie.

Výhody mini-hydro:

1. Na rozdiel od iných „voľných“ zdrojov energie (solárne panely, veterné generátory) môžu hydraulické systémy fungovať bez ohľadu na dennú dobu alebo počasie. Jedinou vecou, ​​ktorá im môže zabrániť, je zamrznutie nádrže.
2. Na inštaláciu hydrogenerátora nie je potrebné mať veľkú rieku - rovnaké vodné kolesá sa dajú úspešne použiť aj v malých (ale rýchlych!) Tokoch.
3. Zariadenia nevypúšťajú škodlivé látky, neznečisťujú vodu a pracujú takmer ticho.
4. Na inštaláciu mini-hydroelektrární s kapacitou do 100 kW nie je potrebné vypracovávať povolenia (hoci to všetko závisí od miestnych orgánov a typu inštalácie).
5. Nadbytočnú elektrinu je možné predať do susedných domov.

Pokiaľ ide o nedostatky, nedostatočná prietoková sila sa môže stať vážnou prekážkou produktívnej prevádzky zariadenia. V tomto prípade bude potrebné postaviť pomocné konštrukcie, čo so sebou prináša ďalšie náklady.

Ak potenciálna energia blízkej rieky nestačí na približný výpočet na výrobu elektriny v množstve postačujúcom na praktické využitie, oplatí sa venovať pozornosť konštrukčné metódy veterných turbín, Veterný mlyn bude slúžiť ako účinný doplnok.

Meranie prietoku vody

Prvá vec, ktorú musíte urobiť, aby ste premýšľali o type a spôsobe inštalácie stanice, je zmerať rýchlosť prietoku vody na zvolenom zdroji.

Najjednoduchší spôsob je položiť akýkoľvek ľahký predmet (napríklad tenisový loptičku, kúsok polystyrénovej peny alebo rybársky plavák) na pereje a zastaviť čas, do ktorého plavec zaplaví vzdialenosť k určitému medzníku. Štandardná vzdialenosť pre „plávanie“ je 10 metrov.

Ak je rybník ďaleko od domova, môžete vybudovať odbočný kanál alebo potrubie a zároveň sa postarať o výškové rozdiely.

Teraz musíte vydelenú vzdialenosť v metroch vydeliť počtom sekúnd - bude to rýchlosť aktuálneho. Ak je však získaná hodnota menšia ako 1 m / s, bude potrebné postaviť umelé štruktúry, aby sa prietok zvýšil o výškové rozdiely.

To sa dá urobiť pomocou sklopnej priehrady alebo úzkej odtokovej rúry. Ale bez dobrého toku bude potrebné opustiť myšlienku vodnej elektrárne.

Výroba vodných elektrární na vodnom kolese

Zostaviť „na jedno koleno“ a postaviť kolos určený na obsluhu podniku alebo osady aj z tucta domov je nápad z oblasti fantázie. Ale stavať mini-vodnú stanicu vlastnými rukami na šetrenie elektrinou je celkom reálne. Okrem toho môžete použiť hotové komponenty aj improvizované materiály.

Z tohto dôvodu uvažujeme o postupnej výrobe najjednoduchšej konštrukcie - vodného kolesa.

Potrebné materiály a náradie

Ak chcete vyrobiť mini-hydroelektrickú stanicu vlastnými rukami, musíte si pripraviť zvárací stroj, brúsku, vŕtačku a sadu pomocných nástrojov - kladivo, skrutkovač, pravítko.

Z materiálov, ktoré budete potrebovať:

• Rohy a plechy s hrúbkou najmenej 5 mm.
• Rúry z PVC alebo z galvanizovanej ocele na výrobu nožov.
• Generátor (môžete použiť hotový alebo si ho vyrobiť sami, ako v tomto príklade).
• Brzdové kotúče.
• Hriadeľ a ložiská.
• Preglejky.
• Polystyrénová živica na plnenie rotora a statora.
• Medený drôt 15 mm pre provizórny generátor.
• Neodymové magnety.

Pamätajte, že konštrukcia kolesa bude neustále v kontakte s vodou, preto kovové a drevené prvky musia byť vybrané s ochranou pred vlhkosťou (alebo sa musíte postarať o ich impregnáciu a náter). Preglejka sa v ideálnom prípade môže nahradiť plastom, ale drevené časti sa dajú ľahšie získať a tvarovať.

Zostava kolies a výroba dýz

Základom pre samotné koleso môžu byť dva oceľové disky rovnakého priemeru (ak je možné získať oceľový bubon z lana - v poriadku, značne to urýchli proces montáže).

Ak sa však v materiáloch nenašiel kov, je možné vyrezať kruhy z vodotesnej preglejky, hoci pevnosť a trvanlivosť dokonca upraveného dreva nemožno porovnávať s oceľou. Potom na jednom z diskov musíte vyrezať kruhový otvor na inštaláciu generátora.

Potom sú čepele vyrobené a budú potrebovať najmenej 16 ks. Z tohto dôvodu sa pozinkované rúry delia pozdĺžne na dve alebo štyri časti (v závislosti od priemeru). Potom musia byť miesta rezania a povrch samotných nožov brúsené, aby sa znížili energetické straty počas trenia.

Čepele sú namontované v uhle asi 40 - 45 stupňov - pomôže to zväčšiť povrchovú plochu, ktorá bude ovplyvnená prietokovou silou

Vzdialenosť medzi dvoma bočnými kotúčmi by mala byť čo najbližšie k dĺžke čepelí. S cieľom načrtnúť miesto pre umiestnenie budúcich nábojov sa odporúča vyrobiť šablónu z preglejky, na ktorej bude vyznačené miesto pre každú časť a otvor na pripevnenie kolesa k generátoru. Pripravené označenie je možné pripevniť na vonkajšiu stranu jedného z jednotiek.

Potom sa kruhy inštalujú navzájom rovnobežne pomocou tyčí s plným závitom a čepele sa zvárajú alebo pripevňujú skrutkami v požadovaných polohách. Bubon sa bude otáčať na ložiskách a ako opora sa použije rám rohov alebo rúrok malého priemeru.

V tejto fáze je možné zostavu bubna považovať za úplnú, zostávajúcu na vybavenie domácim generátorom a dýzou smerujúcou tok vody.

Dýza je navrhnutá pre vodné zdroje kaskádového typu - takáto inštalácia umožní maximálne využitie prietokovej energie. Tento pomocný prvok je vyrobený ohýbaním plechu s následným zváraním spojov a potom je namontovaný na rúrku.

Ak však vo vašej oblasti tečie plochá rieka bez peřejí a iných výškových prekážok, tento údaj nie je potrebný.

Je dôležité, aby šírka výstupného otvoru dýzy zodpovedala šírke samotného kolesa, inak by časť toku zostala nečinná bez toho, aby sa dostala na čepele.

Teraz je potrebné koleso namontovať na nápravu a namontovať na podperu z rohov zvarených alebo zoskrutkovaných dohromady. Zostáva urobiť generátor (alebo nainštalovať ho) a môžete ísť k rieke.

DIY generátor

Na výrobu domáceho generátora musíte urobiť vinutie statora a výplň, pre ktorú potrebujete cievky so 125 závitmi medeného drôtu. Po ich spojení sa celá štruktúra naleje polyesterovou živicou.

Každá fáza pozostáva z troch za sebou pripevnených cievok, takže spojenie môže byť vytvorené ako hviezda alebo trojuholník s niekoľkými vonkajšími zvodmi.

Teraz musíte pripraviť preglejkovú šablónu, ktorá zodpovedá veľkosti brzdového kotúča.

Značenia sa robia na drevenom krúžku a štrbiny sú určené na inštaláciu magnetov (v tomto prípade sa použili neodýmové magnety s hrúbkou 1,3 cm, šírkou 2,5 cm a dĺžkou 5 cm). Potom je výsledný rotor tiež naplnený živicou a po vysušení je pripojený k bubnu kolesa.

Vodné koleso s rotorom brzdového kotúča a generátorom medených drôtov - natreté, reprezentatívne a pripravené na použitie

Posledné namontované hliníkové puzdro s ampérom, ktoré zakrýva usmerňovače. Úlohou týchto prvkov je prevádzať trojfázový prúd na jednosmerný prúd.

Po inštalácii kolesa do toku malej rieky s kaskádou alebo obtokovým potrubím sa môžete spoľahnúť na výkon mini-vodnej elektrárne pri 1,9 A * 12 V pri 110 otáčkach za minútu

Aby sa zabránilo pádu lístia, piesku a iného úlomku s prúdom do kolesa, je vhodné umiestniť pred zariadenie ochrannú sieť.

Môžete tiež experimentovať s medzerami medzi magnetmi a cievkami so zvýšeným počtom zákrut, aby ste zvýšili efektívnosť vodnej elektrárne.

O všetkých typoch alternatívne zdroje energie Zistíte to prečítaním článku o zavádzaní ekologických technológií do každodenného života.

Závery a užitočné video na túto tému

Video č. 1. Príklad fungujúcej hydraulickej inštalácie so samostatným generátorom založeným na trojfázovom motore:

Video č. 2. Vodná elektráreň na malé vodné elektrárne:

Video č. 3.Stanica založená na bicykli je zaujímavým riešením problému dodávky energie na dovolenke ďaleko od civilizácie:

Ako vidíte, vybudovanie vodnej mini-elektrárne vlastnými rukami nie je také ťažké. Keďže však väčšina výpočtov a parametrov pre jednotlivé komponenty je určená „okom“, je potrebné pripraviť ich na možné členenie a súvisiace náklady.

Ak v tejto oblasti pociťujete nedostatok vedomostí a skúseností, mali by ste dôverovať odborníkom, ktorí vykonajú všetky potrebné výpočty, poradia s vybavením, ktoré je optimálne pre váš prípad, a kvalitne ho inštalujú.

Prosím, napíšte komentár do nižšie uvedeného bloku. Zdieľajte zaujímavé informácie a užitočné odporúčania, nechajte tematické fotografie. Možno by ste chceli povedať, ako ste si postavili vlastnú vodnú elektráreň na predmestskej lokalite? Radi vám prečítame váš príbeh o procese zariadenia a jeho prevádzke.