Nhà máy thủy điện tự làm: cách xây dựng nhà máy thủy điện mini tự trị

Sức mạnh của dòng nước là một nguồn tài nguyên thiên nhiên tái tạo cho phép bạn nhận được điện gần như miễn phí. Năng lượng do thiên nhiên quyên góp sẽ tạo cơ hội tiết kiệm các tiện ích và giải quyết vấn đề với thiết bị sạc lại.

Nếu một dòng suối hoặc dòng sông chảy gần nhà của bạn, chúng có giá trị sử dụng. Họ sẽ có thể cung cấp điện cho lô đất và ngôi nhà. Và ngay cả khi một nhà máy thủy điện tự làm được xây dựng, hiệu quả kinh tế tăng lên đáng kể.

Bài báo trình bày mô tả chi tiết công nghệ sản xuất các cấu trúc thủy lực tư nhân. Chúng tôi đã nói về những gì cần thiết để thiết lập một hệ thống và kết nối nó với người tiêu dùng. Tại đây bạn sẽ tìm hiểu về tất cả các tùy chọn cho các nhà cung cấp năng lượng thu nhỏ, được lắp ráp từ các vật liệu ngẫu hứng.

Nhà máy thủy điện

Các nhà máy thủy điện là các cấu trúc có khả năng chuyển đổi năng lượng của chuyển động của nước thành điện năng. Nhà cung cấp điện xanh thay thế trong khi tích cực khai thác chỉ ở phương Tây. Trên lãnh thổ nước ta, ngành công nghiệp đầy triển vọng này chỉ mới thực hiện những bước rụt rè đầu tiên.

Các nhà máy thủy điện tư nhân nhỏ có thể là đập trên các con sông lớn, tạo ra từ hàng chục đến vài trăm megawatt hoặc các nhà máy thủy điện mini với công suất tối đa 100 kW, đủ cho nhu cầu của một ngôi nhà tư nhân. Ở đây về cái sau và tìm hiểu thêm.

Trạm trục vít thủy lực

Thiết kế bao gồm một chuỗi các cánh quạt được gắn trên một sợi cáp thép linh hoạt, kéo qua sông. Bản thân cáp đóng vai trò là trục quay, một đầu được cố định trên ổ đỡ và đầu còn lại kích hoạt trục máy phát.

Mỗi cánh quạt thủy lực của garland, có khả năng tạo ra khoảng 2 kW năng lượng, mặc dù tốc độ của dòng nước này phải đạt ít nhất 2,5 mét mỗi giây và độ sâu của hồ chứa không được vượt quá 1,5 m.

Nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện vòng hoa rất đơn giản: áp lực của nước làm quay các vít thủy lực, và chúng xoay cáp và buộc máy phát tạo ra năng lượng

Các trạm vòng hoa đã được sử dụng thành công vào giữa thế kỷ trước, nhưng sau đó vai trò của ốc vít được chơi bởi cánh quạt tự chế và thậm chí là lon thiếc. Ngày nay, các nhà sản xuất cung cấp một số loại cánh quạt cho các điều kiện hoạt động khác nhau.

Chúng được trang bị các lưỡi dao có kích thước khác nhau làm bằng kim loại tấm, và cho phép đạt được hiệu quả tối đa từ hoạt động của trạm.

Nhưng mặc dù thiết bị hydrogener này khá đơn giản để sản xuất, hoạt động của nó liên quan đến một số điều kiện đặc biệt không phải lúc nào cũng khả thi trong cuộc sống thực. Các cấu trúc như vậy chặn lòng sông, và không chắc là các nước láng giềng dọc bờ biển, chưa kể đại diện của các dịch vụ môi trường, sẽ cho phép sử dụng năng lượng dòng chảy cho mục đích của bạn.

Ngoài ra, vào mùa đông, thiết bị chỉ có thể được sử dụng trong các vùng nước không đóng băng, và trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt, nó có thể được bảo quản hoặc tháo dỡ. Do đó, các trạm vòng hoa được xây dựng tạm thời và chủ yếu ở một khu vực vắng vẻ (ví dụ, gần đồng cỏ mùa hè).

Các trạm cánh quạt có công suất 1 đến 15 kW / giờ tạo ra tới 9,3 MW mỗi tháng và cho phép bạn giải quyết độc lập vấn đề điện khí hóa ở các khu vực xa trung tâm

Một sự tương tự hiện đại của việc lắp đặt chuỗi daisy là các trạm khung chìm hoặc thủy triều với các cánh quạt ngang. Không giống như người tiền nhiệm vòng hoa của họ, các cấu trúc này không chặn toàn bộ dòng sông, mà chỉ sử dụng một phần của kênh và chúng có thể được lắp đặt trên một cầu phao / bè hoặc hạ hoàn toàn xuống đáy hồ chứa.

Cánh quạt dọc

Rôto Darier là một thiết bị tuabin được đặt tên để vinh danh nhà phát minh của nó vào năm 1931.Hệ thống này bao gồm một số lưỡi khí động học được cố định trên các chùm xuyên tâm, và hoạt động do áp suất chênh lệch theo nguyên lý của cánh nâng nâng, một công cụ liên quan đến đóng tàu và hàng không.

Mặc dù các nhà máy này được sử dụng nhiều hơn để tạo ra máy phát điện gió, nhưng chúng có thể hoạt động với nước. Nhưng trong trường hợp này, cần tính toán chính xác để chọn độ dày và chiều rộng của lưỡi dao phù hợp với cường độ của dòng nước.

Rôto Darier giống như một cối xay gió của người Hồi giáo, chỉ được lắp đặt dưới nước và nó có thể hoạt động bất kể biến động theo mùa trong tốc độ dòng chảy

Cánh quạt dọc hiếm khi được sử dụng để tạo ra các nhà máy thủy điện địa phương. Mặc dù các chỉ số hiệu suất tốt và thiết kế đơn giản rõ ràng, thiết bị khá khó vận hành.

Trước khi bắt đầu công việc, hệ thống cần phải "không bị cản trở", nhưng chỉ có việc đóng băng hồ chứa mới có thể ngăn chặn một trạm chạy. Do đó, cánh quạt Darier được sử dụng chủ yếu trong các doanh nghiệp công nghiệp.

Một giải pháp thú vị trong lĩnh vực thiết kế các nhà máy thủy điện nhỏ với tuabin hoạt động theo chiều dọc đã được đề xuất bởi nhà phát minh người Áo Franz Zotloterer:

Lợi thế nặng nề của các xoáy nước được coi là bảo tồn tài nguyên cá. Hoạt động của một tuabin thẳng đứng không gây hại cho các sinh vật sống trên sông. Ngoài ra, bùn không tồn tại trên các bức tường của các cấu trúc do sự chuyển động cụ thể của dòng nước.

Cánh quạt dưới nước

Trên thực tế, đây là cối xay gió dễ nhất, nó chỉ được lắp đặt dưới nước. Kích thước của các cánh quạt để đảm bảo tốc độ quay tối đa và sức cản tối thiểu được tính toán tùy thuộc vào cường độ của dòng chảy. Ví dụ, nếu tốc độ dòng chảy không vượt quá 2 m / s, thì chiều rộng của lưỡi dao nên trong vòng 2-3 cm.

Một cánh quạt dưới nước rất dễ làm bằng tay của bạn, nhưng nó chỉ phù hợp với những dòng sông sâu và nhanh - trong một cái ao cạn, lưỡi quay có thể gây thương tích cho ngư dân, bơi lội, thủy cầm và động vật

Một cối xay gió như vậy được cài đặt theo hướng dòng chảy, nhưng cánh quạt của nó không hoạt động do áp lực của nước, mà do sự xuất hiện của lực nâng (theo nguyên lý của cánh máy bay hoặc cánh quạt tàu).

Bánh xe nước có lưỡi dao

Một bánh xe nước là một trong những lựa chọn đơn giản nhất cho động cơ thủy lực, được biết đến từ thời Đế chế La Mã. Hiệu quả của công việc của nó phần lớn phụ thuộc vào loại nguồn được cài đặt.

Bánh xe đúc chỉ có thể quay do tốc độ dòng chảy, và bánh xe đúc có thể được quay với sự trợ giúp của áp lực và trọng lượng của nước chảy từ trên cao lên lưỡi dao

Tùy thuộc vào độ sâu và kênh của dòng nước, các loại bánh xe khác nhau có thể được lắp đặt:

• Tàu ngầm (hoặc kém hơn) - Thích hợp cho các dòng sông nông với dòng chảy nhanh.
• Midbottom - được đặt trong các kênh có thác tự nhiên để luồng chảy xấp xỉ ở giữa trống quay.
• Số lượng lớn (hoặc hố trên) - được lắp đặt dưới đập, đường ống hoặc dưới đáy của ngưỡng tự nhiên để nước rơi tiếp tục qua đỉnh bánh xe.

Nhưng nguyên tắc hoạt động cho tất cả các tùy chọn là một và giống nhau: nước vào lưỡi dao và truyền động cho một bánh xe, điều này làm cho máy phát điện cho một nhà máy điện mini quay.

Các nhà sản xuất thiết bị thủy lực cung cấp các tua-bin ngoài kệ có lưỡi được điều chỉnh đặc biệt cho tốc độ dòng nước cụ thể. Nhưng các nghệ nhân gia đình làm cho các cấu trúc trống theo cách cũ - từ các vật liệu ngẫu hứng.

Lựa chọn ảnh sau đây sẽ giúp bạn làm quen với các bước xây dựng phiên bản đơn giản nhất của trạm thủy điện mini:

Có lẽ việc thiếu tối ưu hóa sẽ ảnh hưởng đến các chỉ số hiệu quả, nhưng chi phí cho thiết bị sản xuất tại nhà sẽ có giá rẻ hơn nhiều lần so với đối tác đã mua. Do đó, một bánh xe nước là lựa chọn phổ biến nhất để tổ chức nhà máy thủy điện mini của riêng bạn.

Điều kiện lắp đặt nhà máy thủy điện

Mặc dù năng lượng rẻ được tạo ra bởi một hydrogenerator, điều quan trọng là phải tính đến các tính năng của nguồn nước, tài nguyên mà bạn dự định sử dụng cho nhu cầu của riêng bạn.

Thật vậy, không phải nguồn nước nào cũng phù hợp để vận hành một nhà máy thủy điện mini, quanh năm, do đó, sẽ không bị tổn thương khi có khả năng kết nối với đường cao tốc tập trung trong khu bảo tồn.

Một vài ưu và nhược điểm

Những lợi thế chính của một nhà máy thủy điện riêng lẻ là rất rõ ràng: thiết bị rẻ tiền tạo ra điện giá rẻ không gây hại cho thiên nhiên (không giống như các đập ngăn chặn dòng sông). Mặc dù hệ thống không thể được gọi là an toàn tuyệt đối, nhưng các yếu tố quay của tuabin vẫn có thể gây thương tích cho cư dân của thế giới dưới nước và thậm chí với con người.

Để ngăn ngừa tai nạn, nhà máy thủy điện phải được bảo vệ và nếu hệ thống bị che khuất hoàn toàn bởi nước - hãy lắp đặt biển cảnh báo trên bờ

Ưu điểm của mini-hydro:

1. Không giống như các nguồn năng lượng khác miễn phí (các tấm pin mặt trời, máy phát điện gió), các hệ thống thủy lực có thể hoạt động bất kể thời gian trong ngày hay thời tiết. Điều duy nhất có thể ngăn chặn chúng là sự đóng băng của hồ chứa.
2. Không cần thiết phải có một dòng sông lớn để lắp đặt máy phát thủy điện - các bánh xe nước tương tự có thể được sử dụng thành công ngay cả trong các dòng nhỏ (nhưng nhanh!).
3. Cài đặt không phát ra các chất có hại, không gây ô nhiễm nước và hoạt động gần như âm thầm.
4. Để lắp đặt các nhà máy thủy điện mini có công suất lên tới 100 kW, không cần thiết phải xin giấy phép (mặc dù tất cả phụ thuộc vào chính quyền địa phương và loại lắp đặt).
5. Điện dư có thể được bán cho nhà lân cận.

Đối với những thiếu sót, lực dòng chảy không đủ có thể trở thành một trở ngại nghiêm trọng đối với hoạt động sản xuất của thiết bị. Trong trường hợp này, sẽ cần phải dựng lên các cấu trúc phụ trợ, đòi hỏi thêm chi phí.

Nếu năng lượng tiềm năng của một con sông gần đó không đủ để tính toán gần đúng để tạo ra điện với số lượng đủ để sử dụng thực tế, thì đáng để chú ý đến phương pháp xây dựng tuabin gió. Cối xay gió sẽ phục vụ như là một bổ sung hiệu quả.

Đo lưu lượng nước

Điều đầu tiên bạn cần làm để suy nghĩ về loại và phương pháp lắp đặt trạm là đo tốc độ của dòng nước tại một nguồn được chọn.

Cách dễ nhất là hạ thấp bất kỳ vật nhẹ nào (ví dụ: một quả bóng tennis, một miếng bọt polystyrene hoặc phao câu cá) lên ghềnh và dừng thời gian mà người bơi sẽ bơi khoảng cách đến một số mốc. Khoảng cách tiêu chuẩn cho "bơi" là 10 mét.

Nếu ao ở xa nhà, bạn có thể xây dựng kênh nhánh hoặc đường ống, đồng thời chăm sóc sự khác biệt về chiều cao

Bây giờ bạn cần chia khoảng cách di chuyển theo mét cho số giây - đây sẽ là tốc độ của dòng điện. Nhưng nếu giá trị thu được nhỏ hơn 1 m / s, sẽ cần phải dựng lên các cấu trúc nhân tạo để tăng tốc dòng chảy bằng chênh lệch độ cao.

Điều này có thể được thực hiện với một con đập đóng mở hoặc ống thoát nước hẹp. Nhưng nếu không có dòng chảy tốt, ý tưởng về một nhà máy thủy điện sẽ phải từ bỏ.

Sản xuất các nhà máy thủy điện dựa trên một bánh xe nước

Tất nhiên, để lắp ráp trên một đầu gối và xây dựng một bức tượng khổng lồ được thiết kế để phục vụ một doanh nghiệp hoặc một khu định cư thậm chí từ hàng tá ngôi nhà là một ý tưởng từ cõi tưởng tượng. Nhưng để xây dựng một trạm thủy điện mini bằng tay của chính bạn để tiết kiệm điện là hoàn toàn có thật. Hơn nữa, bạn có thể sử dụng cả các thành phần hoàn thành và vật liệu ngẫu hứng.

Do đó, chúng tôi xem xét sản xuất từng bước của cấu trúc đơn giản nhất - bánh xe nước.

Vật liệu và dụng cụ cần thiết

Để làm một trạm thủy điện mini bằng tay của chính bạn, bạn cần chuẩn bị một máy hàn, máy mài, máy khoan và một bộ dụng cụ phụ trợ - búa, tuốc nơ vít, thước kẻ.

Từ các tài liệu bạn sẽ cần:

• Các góc và tấm kim loại có độ dày ít nhất 5 mm.
• Ống làm bằng nhựa PVC hoặc thép mạ kẽm để sản xuất lưỡi dao.
• Trình tạo (bạn có thể sử dụng một bộ tạo sẵn hoặc tự làm, như trong ví dụ này).
• Đĩa phanh.
• Trục và vòng bi.
• Ván ép.
• Nhựa Polystyrene để làm đầy rôto và stato.
• Dây đồng 15 mm cho máy phát tạm thời.
• Nam châm neodymium.

Xin lưu ý rằng thiết kế bánh xe sẽ liên tục tiếp xúc với nước, do đó, các yếu tố kim loại và gỗ phải được chọn để bảo vệ khỏi độ ẩm (hoặc chăm sóc sự ngâm tẩm của chúng và tự sơn). Lý tưởng nhất, gỗ dán có thể được thay thế bằng nhựa, nhưng các bộ phận bằng gỗ dễ dàng hơn để có được và hình dạng.

Lắp ráp bánh xe và sản xuất vòi phun

Cơ sở cho bánh xe có thể là hai đĩa thép có cùng đường kính (nếu có thể lấy trống thép từ cáp - tốt, điều này sẽ tăng tốc đáng kể quá trình lắp ráp).

Nhưng nếu không tìm thấy kim loại trong các vật liệu trong tay, có thể cắt các vòng tròn từ ván ép chống thấm, mặc dù độ bền và độ bền của gỗ thậm chí không được xử lý không thể so sánh với thép. Sau đó, trên một trong các đĩa bạn cần cắt một lỗ tròn để cài đặt trình tạo.

Sau đó, các lưỡi dao được tạo ra, và chúng sẽ cần ít nhất 16 chiếc. Đối với điều này, ống mạ kẽm được cắt theo chiều dọc thành hai hoặc bốn phần (tùy thuộc vào đường kính). Sau đó, các vị trí cắt và bề mặt của lưỡi dao phải được chà nhám để giảm tổn thất năng lượng trong quá trình ma sát.

Các lưỡi dao được lắp đặt ở góc khoảng 40-45 độ - điều này sẽ giúp tăng diện tích bề mặt, sẽ bị ảnh hưởng bởi lực dòng chảy

Khoảng cách giữa hai đĩa bên phải càng sát với chiều dài của lưỡi dao. Để phác thảo một vị trí cho vị trí của các trung tâm trong tương lai, nên tạo một mẫu từ gỗ dán, trên đó một vị trí cho mỗi bộ phận và một lỗ để cố định bánh xe vào máy phát điện sẽ được chỉ định. Đánh dấu sẵn sàng có thể được gắn ở bên ngoài của một trong các ổ đĩa.

Sau đó, các vòng tròn được lắp song song với nhau bằng các thanh ren chắc chắn, và các lưỡi được hàn hoặc cố định bằng bu lông ở các vị trí mong muốn. Trống sẽ quay trên vòng bi, và một khung các góc hoặc ống có đường kính nhỏ được sử dụng làm giá đỡ.

Ở giai đoạn này, việc lắp ráp trống có thể được coi là hoàn thành, nó vẫn còn để trang bị cho nó một máy phát điện tự chế và một vòi phun hướng dòng nước

Vòi được thiết kế cho các nguồn nước thuộc loại thác - thiết lập như vậy sẽ cho phép sử dụng năng lượng dòng chảy đến mức tối đa. Phần tử phụ trợ này được chế tạo bằng cách uốn tấm kim loại bằng cách hàn tiếp theo các đường nối, và sau đó nó được gắn trên đường ống.

Tuy nhiên, nếu một dòng sông bằng phẳng chảy trong khu vực của bạn mà không có ghềnh và các chướng ngại vật trên cao khác, thì chi tiết này là không cần thiết.

Điều quan trọng là chiều rộng của lỗ thoát vòi phù hợp với chiều rộng của bánh xe, nếu không, một phần của dòng chảy sẽ không hoạt động mà không đi vào lưỡi dao

Bây giờ bánh xe cần phải được gắn trên trục và gắn trên một giá đỡ từ các góc được hàn hoặc bắt vít với nhau. Nó vẫn còn để làm cho một máy phát điện (hoặc cài đặt nó sẵn sàng) và bạn có thể đi ra sông.

Máy phát điện DIY

Để tạo ra một máy phát điện tự chế, bạn cần tạo ra một cuộn dây stato và làm đầy, trong đó bạn cần cuộn dây với 125 vòng dây đồng trên mỗi dây. Sau khi nối chúng, toàn bộ cấu trúc được đổ bằng nhựa polyester.

Mỗi pha bao gồm ba cuộn dây liên tiếp, do đó, kết nối có thể được thực hiện dưới dạng một ngôi sao hoặc một hình tam giác với một số đạo trình bên ngoài

Bây giờ bạn cần chuẩn bị một mẫu gỗ dán phù hợp với kích thước của đĩa phanh.

Đánh dấu được thực hiện trên một vòng gỗ và các khe được tạo ra để lắp đặt nam châm (trong trường hợp này, nam châm neodymium dày 1,3 cm, rộng 2,5 cm và dài 5 cm đã được sử dụng). Sau đó, rôto kết quả cũng được lấp đầy bằng nhựa, và sau khi sấy nó được gắn vào trống của bánh xe.

Bánh xe nước với rôto đĩa phanh và máy phát cuộn dây đồng - được sơn, có thể trình bày và sẵn sàng để sử dụng

Vỏ nhôm được gắn cuối cùng với một ampe kế, bao phủ các bộ chỉnh lưu. Nhiệm vụ của các yếu tố này là chuyển đổi dòng điện ba pha thành dòng điện trực tiếp.

Sau khi lắp đặt bánh xe trong dòng chảy của một con sông nhỏ bằng ống thác hoặc đường ống, bạn có thể tin tưởng vào hiệu suất của một nhà máy thủy điện mini ở 1.9A * 12V với tốc độ 110 vòng / phút

Để ngăn lá, cát và các mảnh vụn khác mang theo dòng chảy rơi vào bánh xe, nên đặt lưới bảo vệ trước thiết bị.

Bạn cũng có thể thử nghiệm các khoảng trống giữa nam châm và cuộn dây với số vòng quay tăng lên để tăng hiệu suất của trạm thủy điện.

Về tất cả các loại nguồn năng lượng thay thế Bạn sẽ tìm ra bằng cách đọc bài viết về giới thiệu công nghệ xanh vào cuộc sống hàng ngày.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Video số 1. Một ví dụ về lắp đặt thủy lực làm việc với máy phát tự tạo dựa trên động cơ ba pha:

Video số 2. Nhà máy thủy điện mini chạy bằng nước:

Video số 3.Một trạm dựa trên bánh xe đạp là một giải pháp thú vị cho vấn đề cung cấp năng lượng trong kỳ nghỉ cách xa nền văn minh:

Như bạn có thể thấy, xây dựng một nhà máy điện nước nhỏ bằng tay của chính mình không quá khó. Nhưng vì hầu hết các tính toán và tham số cho các thành phần của nó được xác định bằng mắt, nên người ta phải chuẩn bị cho các sự cố có thể xảy ra và các chi phí liên quan.

Nếu bạn cảm thấy thiếu kiến ​​thức và kinh nghiệm trong lĩnh vực này, bạn nên tin tưởng các chuyên gia sẽ thực hiện tất cả các tính toán cần thiết, tư vấn thiết bị tối ưu cho trường hợp của bạn và cài đặt nó một cách chất lượng.

Hãy viết bình luận trong khối bên dưới. Chia sẻ thông tin thú vị và các khuyến nghị hữu ích, để lại hình ảnh theo chủ đề. Có lẽ bạn muốn nói về cách bạn xây dựng nhà máy thủy điện của riêng bạn trên một trang web ngoại ô? Chúng tôi sẽ rất vui khi đọc câu chuyện của bạn về quá trình của thiết bị và hoạt động.