Gör-det-själv vattenkraftverk: hur man bygger en autonom mini-hydroelektrisk station

Styrkan i vattenströmmen är en förnybar naturresurs som låter dig ta emot nästan gratis el. Den energi som doneras av naturen kommer att ge en möjlighet att spara på verktyg och lösa problemet med laddningsutrustning.

Om en ström eller flod flyter nära ditt hem är de värda att använda. De kommer att kunna leverera el till tomten och huset. Och även om ett vattenkraftverk gör-det-själv, ökar den ekonomiska effekten avsevärt.

Den presenterade artikeln beskriver i detalj tillverkningstekniken för privata hydrauliska strukturer. Vi pratade om vad som krävs för att skapa ett system och ansluta det till konsumenterna. Här lär du dig alla alternativ för miniatyrenergileverantörer, sammansatta av improviserade material.

Vattenkraftverk

Vattenkraftverk är strukturer som kan omvandla energin i vattenrörelsen till elektricitet. Alternativa leverantörer av grön el medan de aktivt utnyttjas endast i väst. På vårt lands territorium tar denna lovande industri bara sina första blyga steg.

Små privata vattenkraftverk kan vara dammar på stora floder, som genererar från ett dussin till flera hundra megawatt eller mini-vattenkraftverk med en maximal effekt på 100 kW, vilket är tillräckligt för behoven hos ett privat hus. Här om det senare och lära dig mer.

Hydraulisk skruvstation

Konstruktionen består av en rotorkedja monterad på en flexibel stålkabel som dras över floden. Själva kabeln spelar rollen som en rotationsaxel, vars ena ände är fixerad på bärlagret, och den andra aktiverar generatoraxeln.

Varje "krans" hydraulisk rotor kan generera cirka 2 kW energi, även om vattenflödets hastighet för detta bör vara minst 2,5 meter per sekund och behållarens djup bör inte överstiga 1,5 m.

Principen för driften av en kran med vattenkraftverk är enkel: vattentrycket snurrar hydraulskruvarna, och de roterar kabeln och tvingar generatorn att generera energi

Garland-stationer användes framgångsrikt redan i mitten av förra seklet, men då spelades skruvarna av hemmagjorda propellrar och till och med plåtburkar. Idag erbjuder tillverkare flera typer av rotorer för olika driftsförhållanden.

De är utrustade med blad i olika storlekar gjorda av plåt, och möjliggör maximal effektivitet från drift av stationen.

Men även om denna vätgasvätare är ganska enkel att tillverka, innefattar dess drift ett antal speciella förhållanden som inte alltid är genomförbara i verkligheten. Sådana strukturer blockerar flodbotten, och det är osannolikt att grannar längs kusten, för att inte tala om företrädare för miljötjänster, kommer att tillåta användning av flödenergi för dina ändamål.

På vintern kan enheten dessutom endast användas i vatten som inte fryser, och i hårda klimat kan den bevaras eller demonteras. Därför byggs kransstationer tillfälligt och huvudsakligen i ett öde område (till exempel nära sommarmarker).

Rotorstationer med en kapacitet på 1 till 15 kW / h genererar upp till 9,3 MW per månad och låter dig självständigt lösa problemet med elektrifiering i regioner avlägsna från centrala motorvägar

En modern analog till en daisy-chain installation är undervattens- eller tidvattenramstationer med tvärgående rotorer. Till skillnad från deras kransgångar, blockerar inte dessa strukturer hela floden, utan använder bara en del av kanalen, och de kan installeras på en ponton / flotte eller helt sänkas till botten av behållaren.

Vertikal rotor Darier

Darier-rotorn är en turbinanordning som namngavs för att hedra sin uppfinnare 1931.Systemet består av flera aerodynamiska knivar fixerade på radiella balkar och fungerar på grund av differenstrycket på principen om "lyftvinge", som är omfattande involverad i varvsindustrin och luftfarten.

Även om dessa växter används mer för att skapa vindgeneratorer, kan de arbeta med vatten. Men i detta fall krävs exakta beräkningar för att välja tjocklek och bredd på bladen i enlighet med vattenströmmen.

Darier-rotorn liknar en "väderkvarn", endast installerad under vatten, och den kan fungera oavsett säsongsvariationer i flödeshastighet

Vertikala rotorer används sällan för att skapa lokala vattenkraftverk. Trots de goda prestandaindikatorerna och den uppenbara enkelheten i designen är utrustningen ganska svår att använda.

Innan arbetet påbörjas måste systemet "lossas", men bara frysningen av en behållare kan stoppa en körstation. Därför används Darier-rotorn främst i industriföretag.

En intressant lösning inom utformningen av små vattenkraftverk med en vertikalt fungerande turbin föreslogs av den österrikiska uppfinnaren Franz Zotloterer:

Den viktiga fördelen med bubbelpooler anses med rätta vara bevarandet av fiskeresurserna. Driften av en vertikal turbin skadar inte levande organismer i floden. Dessutom dröjer lera inte på väggarna i strukturer på grund av den specifika rörelsen i vattenflödet.

Undervattenspropell

I själva verket är detta den enklaste väderkvarnen, den installeras bara under vatten. Bladens dimensioner för att säkerställa maximal rotationshastighet och minsta motstånd beräknas beroende på flödets styrka. Till exempel, om flödeshastigheten inte överstiger 2 m / s, bör bladets bredd vara inom 2-3 cm.

En undervattenspropell är enkel att göra med dina egna händer, men den passar endast för djupa och snabba floder - i ett grunt damm kan roterande blad orsaka skador på fiskare, simmare, vattenfåglar och djur

En sådan väderkvarn är installerad “mot” flödet, men dess blad fungerar inte på grund av vattentrycket, utan på grund av förekomsten av lyftkraft (enligt principen om en flygvinge eller en propeller).

Vattenhjul med blad

Ett vattenhjul är ett av de enklaste alternativen för en hydraulisk motor, känd sedan Romerrikets tid. Effektiviteten i dess arbete beror till stor del på vilken typ av källa den installerades på.

Gjuthjulet kan bara rotera på grund av flödeshastigheten, och gjuthjulet kan roteras med hjälp av tryck och vikten av vatten som rinner uppifrån på bladen

Beroende på vattendjupets djup och kanal kan olika typer av hjul installeras:

• Ubåt (eller sämre) - Lämplig för grunda floder med snabbt flöde.
• Sredneboynye - är belägna i kanaler med naturliga kaskader så att strömmen flyter ungefär mitt i den roterande trumman.
• Bulk (eller övre grop) - installeras under dammen, röret eller i botten av den naturliga tröskeln så att det fallande vattnet fortsätter genom toppen av hjulet.

Men principen för alla alternativ är en och samma: vatten kommer in i bladen och driver ett hjul, vilket gör att generatoren för ett minikraftverk roterar.

Tillverkare av hydraulisk utrustning erbjuder turbiner utanför hyllan vars blad är specialanpassade för en specifik vattenflödeshastighet. Men hantverkare gör trumkonstruktioner på det gammaldags sättet - från improviserade material.

Följande bildval hjälper dig att bekanta dig med stegen att bygga den enklaste versionen av en mini-hydroelektrisk station:

Kanske kommer bristen på optimering att påverka effektivitetsindikatorerna, men kostnaden för hemmagjord utrustning kommer att kosta flera gånger billigare än den köpta motsvarigheten. Därför är ett vattenhjul det mest populära alternativet för att organisera din egen mini-vattenkraftverk.

Villkor för installation av ett vattenkraftverk

Trots den frestande billigheten av energi som genereras av en vätgasapparat är det viktigt att ta hänsyn till funktionerna i en vattenkälla, vars resurser du planerar att använda för dina egna behov.

I själva verket är inte alla vattendrag lämpliga för att driva ett mini-vattenkraftverk, särskilt året runt, så det kommer inte att skada att ha anslutning till en central motorväg i reserven.

Några för- och nackdelar

Huvudfördelarna med ett enskilt vattenkraftverk är uppenbara: billig utrustning som genererar billig el skadar inte naturen (till skillnad från dammar som blockerar flodströmmen). Även om systemet inte kan kallas helt säkert, kan fortfarande roterande element av turbiner orsaka skador på invånarna i undervattensvärlden och till och med för människor.

För att förhindra olyckor måste vattenkraftverket skyddas, och om systemet är helt dolt av vatten - installera ett varningsskylt på stranden

Fördelar med mini-hydro:

1. Till skillnad från andra ”fria” energikällor (solpaneler, vindgeneratorer) kan hydraulsystem fungera oavsett tid på dygnet eller vädret. Det enda som kan förhindra dem är frysningen av behållaren.
2. Det är inte nödvändigt att ha en stor flod för att installera en vätgasberedare - samma vattenhjul kan med framgång användas även i små (men snabba!) Strömmar.
3. Installationer avger inte skadliga ämnen, förorenar inte vatten och fungerar nästan tyst.
4. För installation av mini-vattenkraftverk med effekt upp till 100 kW behöver du inte ta ut tillstånd (även om det beror på lokala myndigheter och installationstyp).
5. Överskottssel kan säljas till angränsande hus.

Vad gäller bristerna kan otillräcklig flödeskraft bli ett allvarligt hinder för produktiv drift av utrustning. I detta fall kommer det att vara nödvändigt att upprätta hjälpstrukturer, vilket medför ytterligare kostnader.

Om den potentiella energin i en närliggande flod inte räcker för en ungefärlig beräkning för att generera el i en mängd som är tillräcklig för praktisk användning, är det värt att uppmärksamma vindkraftverk konstruktionsmetoder. Väderkvarnen kommer att fungera som ett effektivt komplement.

Vattenflödesmätning

Det första du behöver göra för att tänka på typ och metod för installation av stationen är att mäta hastigheten på vattenflödet vid en vald källa.

Det enklaste sättet är att sänka alla lättvikta föremål (till exempel en tennisboll, ett stycke polystyrenskum eller ett fiskeflöte) på forsarna och stoppa tiden med att simma avståndet till ett landmärke. Standardavståndet för "simma" är 10 meter.

Om dammet är långt hemifrån kan du bygga en grenkanal eller rörledning och samtidigt ta hand om höjdskillnaderna

Nu måste du dela avståndet i meter med antalet sekunder - det här är hastigheten på strömmen. Men om det erhållna värdet är mindre än 1 m / s kommer det att vara nödvändigt att ställa upp konstgjorda strukturer för att påskynda flödet genom höjdskillnader.

Detta kan göras med en hopfällbar dam eller ett smalt dräneringsrör. Men utan ett bra flöde måste idén om en vattenkraftstation överges.

Produktion av vattenkraftverk baserat på ett vattenhjul

Att montera ”på ett knä” och bygga en koloss som är utformad för att betjäna ett företag eller en bebyggelse till och med från ett dussin hus är naturligtvis en idé från fantasiriket. Men att bygga en mini-hydroelektrisk station med egna händer för att spara el är ganska verkligt. Dessutom kan du använda både färdiga komponenter och improviserade material.

Därför överväger vi steg för steg tillverkning av den enklaste strukturen - ett vattenhjul.

Nödvändiga material och verktyg

För att skapa en mini-hydroelektrisk station med dina egna händer måste du förbereda en svetsmaskin, en kvarn, en borr och en uppsättning hjälpverktyg - en hammare, en skruvmejsel, en linjal.

Från de material du behöver:

• Hörn och plåt med en tjocklek av minst 5 mm.
• Rör tillverkade av PVC eller galvaniserat stål för tillverkning av blad.
• Generator (du kan använda en färdig eller göra den själv, som i detta exempel).
• Bromsskivor.
• Axel och lager.
• Plywood.
• Polystyrenharts för att fylla rotorn och statorn.
• 15 mm koppartråd för en provisorisk generator.
• Neodym magneter.

Observera att hjulkonstruktionen ständigt kommer i kontakt med vatten, därför måste metall- och träelement väljas med skydd mot fukt (eller ta hand om impregnering och målning själv). Helst kan plywood ersättas med plast, men trädelar är lättare att få och forma.

Hjulmontering och munstyckstillverkning

Grunden för själva hjulet kan vara två stålskivor med samma diameter (om det är möjligt att få en ståltrumma från kabeln - fint, detta kommer att påskynda monteringsprocessen kraftigt).

Men om metall inte hittades i de tillgängliga materialen, är det möjligt att klippa cirklar från vattentät plywood, även om styrkan och hållbarheten hos även behandlat trä inte kan jämföras med stål. Sedan på en av skivorna måste du klippa ett runt hål för att installera generatoren.

Därefter tillverkas bladen och de kommer att behöva minst 16 st. För detta skärs galvaniserade rör i längdriktningen i två eller fyra delar (beroende på diameter). Sedan måste skärplatserna och själva bladen slipas för att minska energiförlusten under friktion.

Bladen är installerade i en vinkel på cirka 40-45 grader - detta kommer att bidra till att öka ytan, vilket kommer att påverkas av flödeskraften

Avståndet mellan de två sidoskivorna ska vara så nära bladenas längd som möjligt. För att beskriva en plats för framtida navs placering, rekommenderas det att skapa en mall från plywood, där en plats för varje del och ett hål för att fästa hjulet på generatoren kommer att anges. Klar markering kan fästas på utsidan av en av enheterna.

Sedan installeras cirklarna parallellt med varandra med massiva gängade stavar, och bladen svetsas eller fixeras med bultar i önskade lägen. Trumman roterar på lager och en ram av hörn eller rör med liten diameter används som stöd.

I detta skede kan trumsenheten betraktas som komplett, det återstår att förse den med en hemmagjord generator och ett munstycke som styr vattenflödet

Munstycket är utformat för vattenkällor av kaskadtyp - en sådan installation möjliggör maximal flödesenergi. Detta hjälpelement tillverkas genom att böja plåt med efterföljande svetsning av sömmarna, och sedan monteras det på röret.

Men om en plan flod rinner i ditt område utan forsar och andra höga höjdhinder, är denna detalj inte nödvändig.

Det är viktigt att bredden på munstycksutloppshålet motsvarar själva hjulets bredd, annars kommer en del av flödet att gå på tomgång utan att komma på bladen

Nu måste hjulet monteras på axeln och monteras på ett stöd från hörnen svetsade eller bultade ihop. Det återstår att göra en generator (eller installera den redo) och du kan åka till floden.

DIY-generator

För att skapa en hemmagjord generator måste du göra en statorlindning och -fyllning, för vilken du behöver spolar med 125 varv koppartråd på varje. Efter att ha anslutit dem hälls hela strukturen med polyesterharts.

Varje fas består av tre på varandra anslutna spolar, så att anslutningen kan göras i form av en stjärna eller en triangel med flera externa ledningar

Nu måste du förbereda en plywoodmall som matchar storleken på bromsskivan.

Markeringar görs på en träring och slitsar görs för montering av magneter (i detta fall användes neodymiummagneter 1,3 cm tjocka, 2,5 cm breda och 5 cm långa). Därefter fylls den resulterande rotorn också med harts, och efter torkning fästes den på hjulets trumma.

Vattenhjul med bromsskivrotor och koppartrådspolgenerator - målad, presentabel och klar för användning

Det sista monterade aluminiumhöljet med en ammeter, täcker likriktarna. Uppgiften för dessa element är att konvertera trefasström till likström.

När du har installerat hjulet i strömmen i en liten flod med en kaskad eller förbikopplingsrör, kan du räkna med prestanda för ett mini-vattenkraftverk vid 1,9A * 12V vid 110 varv per minut

För att förhindra att löv, sand och annat skräp som medföljer strömmen faller in i hjulet är det lämpligt att sätta ett skyddande nät framför enheten.

Du kan också experimentera med mellanrum mellan magneter och spolar med ett ökat antal varv för att öka effektiviteten för vattenkraftstationen.

Om alla typer alternativa energikällor Du får reda på det genom att läsa artikeln om att införa grön teknik i vardagen.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Video nr 1. Ett exempel på en fungerande hydraulisk installation med en självtillverkad generator baserad på en trefasmotor:

Video nr 2. Vattendriven mini-vattenkraftverk:

Video nr 3.En station baserad på ett cykelhjul är en intressant lösning på problemet med energiförsörjning på semester långt ifrån civilisationen:

Som du ser är det inte så svårt att bygga ett minikraftverk med egna händer. Men eftersom de flesta av beräkningarna och parametrarna för dess komponenter bestäms "av ögat", bör man vara beredd på eventuella fördelningar och tillhörande kostnader.

Om du känner brist på kunskap och erfarenhet inom detta område, bör du lita på specialisterna som kommer att utföra alla nödvändiga beräkningar, ge råd om utrustningen som är optimal för ditt fall och installera den på ett kvalitetsmässigt sätt.

Skriv kommentarer i blocket nedan. Dela intressant information och användbara rekommendationer, lämna tematiska foton. Kanske vill du berätta hur du byggde ditt eget vattenkraftverk på en förortsplats? Vi kommer gärna att läsa din berättelse om processen för enheten och driften.