محطة طاقة كهرومائية افعلها بنفسك: كيفية بناء محطة طاقة كهرومائية صغيرة مستقلة

تعد قوة تدفق المياه موردًا طبيعيًا متجددًا يسمح لك بالحصول على كهرباء مجانية تقريبًا.ستوفر الطاقة المتبرع بها من الطبيعة فرصة لتوفير المرافق وحل مشكلة إعادة شحن المعدات.

إذا كان هناك تيار أو نهر يجري بالقرب من منزلك، فإن الأمر يستحق الاستفادة منه. سيكونون قادرين على توفير الكهرباء للموقع والمنزل. وإذا قمت ببناء محطة للطاقة الكهرومائية بيديك، فإن التأثير الاقتصادي يزيد بشكل كبير.

توضح المقالة المقدمة بالتفصيل تقنيات تصنيع الهياكل الهيدروليكية الخاصة. تحدثنا عن ما هو مطلوب لإعداد النظام وربطه بالمستهلكين. ستتعرف هنا على جميع الخيارات المتاحة لموردي الطاقة المصغرة المجمعة من مواد الخردة.

محطات توليد الطاقة الكهرومائية للأغراض غير الصناعية

محطات الطاقة الكهرومائية هي هياكل يمكنها تحويل الطاقة الناتجة عن حركة المياه إلى كهرباء. موردو الطاقة الخضراء البديلة حتى الآن يتم استغلالهم بنشاط فقط في الغرب. وفي بلادنا، لا تخطو هذه الصناعة الواعدة إلا خطواتها الأولى الخجولة.

يمكن أن تكون محطات الطاقة الكهرومائية الخاصة الصغيرة سدودًا على الأنهار الكبيرة، وتولد من عشرة إلى عدة مئات ميجاوات، أو محطات طاقة كهرومائية صغيرة بقدرة قصوى تبلغ 100 كيلووات، وهو ما يكفي لاحتياجات منزل خاص. دعونا معرفة المزيد عن هذا الأخير.

محطة جارلاند مع مسامير هيدروليكية

يتكون الهيكل من سلسلة من الدوارات متصلة بكابل فولاذي مرن ممتد عبر النهر. يلعب الكابل نفسه دور عمود الدوران، حيث يتم تثبيت أحد طرفيه على محمل الدعم، بينما يقوم الطرف الآخر بتنشيط عمود المولد.

كل دوار هيدروليكي من "الإكليل" قادر على توليد حوالي 2 كيلوواط من الطاقة، ومع ذلك، يجب أن تكون سرعة تدفق المياه لهذا 2.5 متر على الأقل في الثانية، ويجب ألا يتجاوز عمق الخزان 1.5 متر.

مبدأ تشغيل محطة الطاقة الكهرومائية جارلاند بسيط: يقوم ضغط الماء بتدوير البراغي الهيدروليكية، التي تقوم بتدوير الكابل وتجبر المولد على إنتاج الطاقة

تم استخدام محطات جارلاند بنجاح في منتصف القرن الماضي، ولكن دور المراوح تم لعبه بعد ذلك بواسطة مراوح محلية الصنع وحتى علب الصفيح. اليوم، تقدم الشركات المصنعة عدة أنواع من الدوارات لظروف التشغيل المختلفة.

وهي مجهزة بشفرات بأحجام مختلفة مصنوعة من الصفائح المعدنية وتسمح لك بالحصول على أقصى قدر من الكفاءة من تشغيل المحطة.

ولكن على الرغم من سهولة تصنيع هذا المولد الهيدروجيني، إلا أن تشغيله يتطلب عددًا من الشروط الخاصة التي لا تكون ممكنة دائمًا في الحياة الواقعية. مثل هذه الهياكل تسد قاع النهر، ومن غير المرجح أن يسمح لك جيرانك على طول الشاطئ، ناهيك عن ممثلي الخدمات البيئية، باستخدام طاقة الدفق لأغراضك.

بالإضافة إلى ذلك، في فصل الشتاء، لا يمكن استخدام التثبيت إلا في الخزانات غير المتجمدة، وفي المناخات القاسية يمكن الحفاظ عليه أو تفكيكه. لذلك، يتم إنشاء محطات الإكليل بشكل مؤقت وبشكل رئيسي في المناطق المهجورة (على سبيل المثال، بالقرب من المراعي الصيفية).

تولد المحطات الدوارة بسعة 1 إلى 15 كيلووات / ساعة ما يصل إلى 9.3 ميجاوات شهريًا وتسمح لك بحل مشكلة الكهرباء بشكل مستقل في المناطق النائية عن الطرق السريعة المركزية

التناظرية الحديثة لتركيب الطوق هي محطات إطارية غاطسة أو عائمة ذات دوارات عرضية. على عكس سابقتها، فإن هذه الهياكل لا تسد النهر بأكمله، ولكنها تستخدم جزءًا فقط من مجرى النهر، ويمكن تركيبها على عائم/طوف أو حتى إنزالها إلى قاع الخزان.

الدوار داريا العمودي

دوار داريوس هو جهاز توربيني سمي على اسم مخترعه عام 1931. يتكون النظام من عدة شفرات هوائية مثبتة على عوارض شعاعية وتعمل بالضغط التفاضلي باستخدام مبدأ "جناح الرفع" الذي يستخدم على نطاق واسع في بناء السفن والطيران.

على الرغم من أن هذه المنشآت تستخدم في الغالب لإنشاء مولدات الرياح، إلا أنها يمكن أن تعمل أيضًا مع الماء. ولكن في هذه الحالة، هناك حاجة إلى حسابات دقيقة لتحديد سمك وعرض الشفرات وفقا لقوة تدفق المياه.

يشبه دوار داريا "طاحونة الهواء"، حيث يتم تركيبه فقط تحت الماء، ويمكنه العمل بغض النظر عن التقلبات الموسمية في سرعة التدفق

نادرا ما تستخدم الدوارات العمودية لإنشاء محطات الطاقة الكهرومائية المحلية. على الرغم من مؤشرات الكفاءة الجيدة والبساطة الواضحة للتصميم، فإن تشغيل المعدات معقد للغاية.

قبل البدء في العمل، يحتاج النظام إلى "التدوير"، ولكن فقط تجميد الخزان يمكن أن يوقف تشغيل المحطة. لذلك، يتم استخدام دوار داريوس بشكل رئيسي في المؤسسات الصناعية.

حل مثير للاهتمام في مجال تصميم محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة مع توربينات تعمل عموديًا اقترحه المخترع النمساوي فرانز زوتليرير:

من المزايا المهمة لمحطات الدوامة أنها تعتبر بحق الحفاظ على الموارد السمكية. تشغيل التوربينات العمودية لا يضر بالكائنات الحية في النهر. بالإضافة إلى ذلك، لا يبقى الطين على جدران الهياكل بسبب الحركة المحددة لتدفق المياه.

المروحة اللولبية تحت الماء

في الواقع، هذه هي أبسط طاحونة هوائية، فقط يتم تثبيتها تحت الماء. يتم حساب أبعاد الشفرات، لضمان أقصى سرعة دوران وأقل مقاومة، اعتمادًا على قوة التدفق.على سبيل المثال، إذا كانت السرعة الحالية لا تتجاوز 2 م / ثانية، فيجب أن يكون عرض الشفرة في حدود 2-3 سم.

من السهل صنع المروحة تحت الماء بيديك، ولكنها مناسبة فقط للأنهار العميقة والسريعة - في المسطحات المائية الضحلة، يمكن أن تتسبب الشفرات الدوارة في إصابة الصيادين والسباحين والطيور المائية والحيوانات

يتم تثبيت طاحونة الهواء هذه "باتجاه" التدفق، لكن شفراتها لا تعمل بسبب ضغط ضغط الماء، ولكن بسبب توليد قوة الرفع (على مبدأ جناح الطائرة أو مروحة السفينة).

عجلة مائية مع شفرات

تعتبر العجلة المائية واحدة من أبسط إصدارات المحرك الهيدروليكي، وهي معروفة منذ زمن الإمبراطورية الرومانية. تعتمد كفاءة تشغيله إلى حد كبير على نوع المصدر المثبت عليه.

لا يمكن لعجلة الصب أن تدور إلا بسبب سرعة التدفق، ولا يمكن لعجلة التعبئة أن تدور إلا بمساعدة ضغط ووزن الماء المتساقط من الأعلى على الشفرات

اعتمادا على عمق وقاع المجرى المائي، يمكن تركيب أنواع مختلفة من العجلات:

• المرق (أو القاع) – مناسبة للأنهار الضحلة ذات التيارات السريعة.
• متوسطة المدى - تقع في قنوات ذات شلالات طبيعية بحيث يقع التدفق تقريبًا في منتصف الأسطوانة الدوارة.
• السائل (أو النفقات العامة) – يتم تركيبها تحت سد أو أنبوب أو في أسفل مجرى طبيعي بحيث يستمر الماء المتساقط في طريقه فوق الجزء العلوي من العجلة.

لكن مبدأ التشغيل لجميع الخيارات هو نفسه: يسقط الماء على الشفرات ويحرك العجلة، مما يؤدي إلى دوران مولد محطة الطاقة الصغيرة.

يقدم مصنعو المعدات الهيدروليكية توربينات جاهزة، يتم تكييف شفراتها خصيصًا لسرعة معينة من تدفق المياه.لكن الحرفيين المنزليين يصنعون هياكل الطبول بالطريقة القديمة - من المواد المرتجلة.

سيساعدك اختيار الصور التالي في التعرف على خطوات إنشاء أبسط نسخة من محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة:

ربما يؤثر الافتقار إلى التحسين على مؤشرات الكفاءة، ولكن تكلفة المعدات محلية الصنع ستكون أرخص بعدة مرات من نظيرتها المشتراة. ولذلك، فإن عجلة المياه هي الخيار الأكثر شعبية لتنظيم محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة الخاصة بك.

شروط تركيب محطة الطاقة الكهرومائية

على الرغم من الرخص المغري للطاقة التي يولدها المولد المائي، فمن المهم أن تأخذ في الاعتبار خصائص مصدر المياه الذي تخطط لاستخدام موارده لتلبية احتياجاتك الخاصة.

بعد كل شيء، ليس كل مجرى مائي مناسبًا لتشغيل محطة طاقة كهرومائية صغيرة، خاصة على مدار العام، لذلك لا يضر الاحتفاظ بإمكانية الاتصال بخط رئيسي مركزي.

عدد قليل من إيجابيات وسلبيات

المزايا الرئيسية لمحطة الطاقة الكهرومائية الفردية واضحة: معدات غير مكلفة تولد كهرباء رخيصة، وكذلك لا تضر الطبيعة (على عكس السدود التي تمنع تدفق النهر). على الرغم من أنه لا يمكن وصف النظام بأنه آمن تمامًا، إلا أن العناصر الدوارة للتوربينات لا تزال قادرة على التسبب في إصابة سكان العالم تحت الماء وحتى الأشخاص.

لمنع وقوع الحوادث، يجب تسييج المحطة الكهرومائية، وإذا كان النظام مخفيًا بالكامل بالمياه، يجب تركيب إشارة تحذيرية على الشاطئ

مزايا محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة:

1. على عكس مصادر الطاقة "المجانية" الأخرى (الألواح الشمسية ومولدات الرياح)، يمكن للأنظمة الهيدروليكية أن تعمل بغض النظر عن الوقت من اليوم والطقس. الشيء الوحيد الذي يمكن أن يمنعهم هو تجميد الخزان.
2. لتثبيت مولد الهيدروجين، ليس من الضروري أن يكون لديك نهر كبير - يمكن استخدام نفس عجلات المياه بنجاح حتى في الجداول الصغيرة (ولكن السريعة!).
3. لا تنبعث الوحدات من مواد ضارة ولا تلوث المياه وتعمل بصمت تقريبًا.
4. لتركيب محطة طاقة كهرومائية صغيرة بقدرة تصل إلى 100 كيلوواط، لا تحتاج إلى الحصول على تصاريح (على الرغم من أن كل شيء يعتمد على السلطات المحلية ونوع التثبيت).
5. ويمكن بيع الكهرباء الفائضة للمنازل المجاورة.

أما بالنسبة للعيوب، فإن عدم كفاية القوة الحالية يمكن أن تصبح عقبة خطيرة أمام التشغيل الإنتاجي للمعدات. في هذه الحالة، سيكون من الضروري بناء هياكل مساعدة، الأمر الذي يستلزم تكاليف إضافية.

إذا كانت الطاقة الكامنة لنهر مجاور، بناءً على حساب تقريبي، ليست كافية لتوليد الكهرباء بحجم يكفي للاستخدام العملي، فمن الجدير الانتباه إلى طرق بناء مولدات الرياح. ستكون طاحونة الهواء بمثابة إضافة فعالة.

قياس قوة تدفق المياه

أول شيء عليك القيام به للتفكير في نوع وطريقة تركيب المحطة هو قياس سرعة تدفق المياه في المصدر المفضل لديك.

أسهل طريقة هي إنزال أي جسم خفيف (على سبيل المثال، كرة تنس أو قطعة من البلاستيك الرغوي أو عوامة صيد) على المنحدرات واستخدام ساعة توقيت لقياس الوقت الذي يستغرقه السباحة المسافة إلى بعض المعالم . المسافة القياسية للسباحة هي 10 أمتار.

إذا كان الخزان يقع بعيدًا عن المنزل، فيمكنك إنشاء قناة تحويل أو خط أنابيب، وفي نفس الوقت الاهتمام باختلافات الارتفاع

أنت الآن بحاجة إلى تقسيم المسافة المقطوعة بالأمتار على عدد الثواني - وستكون هذه هي سرعة التيار.ولكن إذا كانت القيمة الناتجة أقل من 1 م/ثانية، فسيكون من الضروري إقامة هياكل صناعية لتسريع التدفق بسبب تغيرات الارتفاع.

يمكن القيام بذلك بمساعدة سد قابل للطي أو أنبوب تصريف ضيق. ولكن من دون تدفق جيد، لا بد من التخلي عن فكرة إنشاء محطة كهرومائية.

إنتاج محطة للطاقة الكهرومائية تعتمد على العجلة المائية

وبطبيعة الحال، فإن تجميع وإقامة تمثال ضخم مصمم لخدمة مؤسسة أو مستوطنة مكونة من عشرة منازل هي فكرة من عالم الخيال العلمي. لكن بناء محطة طاقة كهرومائية صغيرة بيديك لتوفير الكهرباء أمر ممكن تمامًا. علاوة على ذلك، يمكنك استخدام كل من المكونات الجاهزة والمواد المرتجلة.

لذلك، سننظر خطوة بخطوة في تصنيع أبسط تصميم - عجلة مائية.

المواد والأدوات المطلوبة

لإنشاء محطة طاقة كهرومائية صغيرة بيديك، تحتاج إلى إعداد آلة لحام، وطاحونة زاوية، وحفر ومجموعة من الأدوات المساعدة - مطرقة، مفك براغي، مسطرة.

المواد التي سوف تحتاجها:

• الزوايا والصفائح المعدنية بسمك لا يقل عن 5 مم.
• أنابيب PVC أو الصلب المجلفن لصنع الشفرات.
• مولد (يمكنك استخدام منتج جاهز أو صنعه بنفسك، كما في هذا المثال).
• أقراص الفرامل.
• رمح والمحامل.
• الخشب الرقائقي.
• راتينج البوليسترين لصب العضو الدوار والجزء الثابت.
• سلك نحاس 15 ملم لمولد محلي الصنع.
• مغناطيس النيوديميوم.

يرجى ملاحظة أن هيكل العجلة سيكون على اتصال دائم بالمياه، لذلك يجب اختيار العناصر المعدنية والخشبية مع الحماية من الرطوبة (أو الاعتناء بالتشريب ورسمها بنفسك). من الناحية المثالية، يمكن استبدال الخشب الرقائقي بالبلاستيك، ولكن الأجزاء الخشبية أسهل في الحصول عليها وتشكيلها بالشكل المطلوب.

تجميع العجلات وتصنيع الفوهة

يمكن أن يكون أساس العجلة نفسها عبارة عن قرصين فولاذيين من نفس القطر (إذا كان من الممكن الحصول على أسطوانة فولاذية من الكابل - فهذا رائع، سيؤدي ذلك إلى تسريع عملية التجميع بشكل كبير).

ولكن إذا لم يتم العثور على المعدن في المواد الموجودة في متناول اليد، فيمكنك قطع الدوائر من الخشب الرقائقي المقاوم للماء، على الرغم من أن قوة وعمر الخدمة حتى الخشب المعالج لا يمكن مقارنته بالفولاذ. ثم تحتاج إلى قطع فتحة مستديرة على أحد الأقراص لتثبيت المولد.

بعد ذلك، يتم تصنيع الشفرات، وستكون هناك حاجة إلى 16 قطعة على الأقل. للقيام بذلك، يتم قطع الأنابيب المجلفنة بالطول إلى قسمين أو أربعة أجزاء (حسب القطر). ثم يجب صقل مناطق القطع وأسطح الشفرات نفسها لتقليل فقدان الطاقة بسبب الاحتكاك.

يتم تركيب الشفرات بزاوية 40-45 درجة تقريبًا - وهذا سيساعد على زيادة مساحة السطح التي ستتأثر بقوة التدفق

يجب أن تكون المسافة بين القرصين الجانبيين قريبة قدر الإمكان من طول الشفرات. لتحديد موقع المحاور المستقبلية، يوصى بعمل قالب من الخشب الرقائقي، والذي سيحدد موقع كل جزء وثقب تثبيت العجلة بالمولد. يمكن إرفاق العلامات النهائية بالجزء الخارجي لأحد الأقراص.

يتم بعد ذلك تثبيت الدوائر بالتوازي مع بعضها البعض باستخدام قضبان ملولبة صلبة، ويتم لحام الشفرات أو تثبيتها بمسامير في المواضع المطلوبة. سوف تدور الأسطوانة على محامل، ويتم استخدام إطار مصنوع من زوايا أو أنابيب ذات قطر صغير كدعم.

في هذه المرحلة، يمكن اعتبار تجميع الأسطوانة مكتملًا، وكل ما تبقى هو تجهيزها بمولد محلي الصنع وفوهة لتوجيه تدفق المياه

تم تصميم الفوهة لمصادر المياه من النوع المتتالي - سيسمح لك هذا التثبيت باستخدام طاقة التدفق إلى الحد الأقصى. يتم تصنيع هذا العنصر المساعد عن طريق ثني الصفائح المعدنية، متبوعًا بلحام اللحامات، ثم تركيبه على الأنبوب.

ومع ذلك، إذا كانت منطقتك تحتوي على نهر مسطح بدون منحدرات أو عوائق أخرى على ارتفاعات عالية، فإن هذه التفاصيل ليست ضرورية.

من المهم أن يتوافق عرض مخرج الفوهة مع عرض العجلة نفسها، وإلا فإن جزءًا من التدفق سوف يصبح "خاملاً" ولن يصل إلى الشفرات

الآن يجب تثبيت العجلة على المحور وتثبيتها على دعامة مصنوعة من زوايا ملحومة أو مثبتة بمسامير. كل ما تبقى هو صنع مولد (أو تركيب مولد جاهز) ويمكنك الذهاب إلى النهر.

مولد DIY

لإنشاء مولد محلي الصنع، تحتاج إلى لف وملء الجزء الثابت، حيث ستحتاج إلى ملفات تحتوي كل منها على 125 دورة من الأسلاك النحاسية. بعد توصيلها، يتم ملء الهيكل بأكمله براتنج البوليستر.

تتكون كل مرحلة من ثلاث شلات متصلة على التوالي، بحيث يمكن إجراء الاتصال على شكل نجمة أو مثلث مع عدة أسلاك خارجية

أنت الآن بحاجة إلى إعداد قالب من الخشب الرقائقي يتناسب مع حجم قرص الفرامل.

يتم عمل علامات على الحلقة الخشبية وعمل فتحات لتثبيت المغناطيس (في هذه الحالة، تم استخدام مغناطيس النيوديميوم بسمك 1.3 سم وعرض 2.5 سم وطول 5 سم). ثم يتم ملء الدوار الناتج أيضًا بالراتنج، وبعد التجفيف، يتم تثبيته على أسطوانة العجلة.

عجلة مائية ذات دوار مصنوع من أقراص الفرامل ومولد مصنوع من ملفات الأسلاك النحاسية - مطلية وقابلة للعرض وجاهزة للاستخدام

آخر شيء يجب تثبيته هو غلاف من الألومنيوم به مقياس التيار الكهربائي يغطي المقومات. مهمة هذه العناصر هي تحويل التيار ثلاثي الطور إلى تيار مباشر.

بعد تثبيت العجلة في مجرى نهر صغير باستخدام سلسلة أو أنبوب مخرج، يمكنك الاعتماد على أداء محطة طاقة كهرومائية صغيرة تبلغ 1.9 أمبير * 12 فولت عند 110 دورة في الدقيقة

لمنع دخول أوراق الشجر والرمال وغيرها من الحطام الناتج عن التدفق إلى العجلة، يُنصح بوضع شبكة واقية أمام الجهاز.

يمكنك أيضًا تجربة الفجوات بين المغناطيس والملفات مع زيادة عدد اللفات لزيادة كفاءة المحطة الهيدروليكية.

عن جميع الأنواع مصادر طاقه بديله سوف تكتشف ذلك من خلال قراءة المقال المخصص لإدخال "التقنيات الخضراء" في الحياة اليومية.

استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع

الفيديو رقم 1. مثال على التركيب الهيدروليكي العامل بمولد محلي الصنع يعتمد على محرك ثلاثي الطور:

الفيديو رقم 2. محطة طاقة كهرومائية صغيرة مصممة على مبدأ العجلة المائية:

الفيديو رقم 3. تعد المحطة القائمة على عجلة الدراجة خيارًا مثيرًا للاهتمام لحل مشكلة إمدادات الطاقة في إجازة بعيدة عن الحضارة:

كما ترون، فإن بناء محطة طاقة مائية صغيرة بيديك ليس بالأمر الصعب. ولكن بما أن معظم الحسابات والمعلمات الخاصة بمكوناتها يتم تحديدها "بالعين"، فيجب أن تكون مستعدًا للأعطال المحتملة والتكاليف المرتبطة بها.

إذا كنت تشعر بنقص المعرفة والخبرة في هذا المجال، فيجب عليك أن تثق بالمتخصصين الذين سيقومون بإجراء جميع الحسابات اللازمة، والتوصية بالمعدات المثالية لحالتك وتثبيتها بكفاءة.

يرجى كتابة التعليقات في الكتلة أدناه. شارك معلومات مثيرة للاهتمام وتوصيات مفيدة، واترك الصور المواضيعية.ربما تريد أن تخبرنا كيف قمت ببناء محطة طاقة كهرومائية عاملة على قطعة أرض في الضواحي بيديك؟ سنكون سعداء بقراءة قصتك حول عملية الجهاز وتشغيله.