Hidroelektrana "uradi sam": kako izgraditi autonomnu mini hidroelektranu

Snaga protoka vode je obnovljivi prirodni resurs koji vam omogućuje dobivanje gotovo besplatne električne energije.Energija koju daruje priroda omogućit će uštedu na komunalnim uslugama i riješiti problem punjenja opreme.

Ako u blizini vašeg doma teče potok ili rijeka, vrijedi ga iskoristiti. Oni će moći osigurati struju do mjesta i kuće. A ako izgradite hidroelektranu vlastitim rukama, ekonomski učinak značajno se povećava.

Predstavljeni članak detaljno opisuje proizvodne tehnologije privatnih hidrotehničkih građevina. Razgovarali smo o tome što je potrebno za postavljanje sustava i povezivanje s potrošačima. Ovdje ćete saznati sve mogućnosti za minijaturne opskrbljivače energijom sastavljene od otpadnog materijala.

Hidroelektrane za neindustrijske namjene

Hidroelektrane su građevine koje mogu pretvoriti energiju kretanja vode u električnu energiju. Alternativni dobavljači zelene energije zasad se aktivno iskorištavaju samo na Zapadu. Kod nas ova perspektivna industrija tek čini prve stidljive korake.

Male privatne hidroelektrane mogu biti brane na velikim rijekama, snage od deset do nekoliko stotina megavata ili mini hidroelektrane maksimalne snage do 100 kW, što je sasvim dovoljno za potrebe privatne kuće. Saznajmo više o potonjem.

Stanica za vijence s hidrauličkim vijcima

Struktura se sastoji od lanca rotora pričvršćenih na fleksibilni čelični kabel rastegnut preko rijeke. Sam kabel igra ulogu rotacijske osovine, čiji je jedan kraj fiksiran na potporni ležaj, a drugi aktivira osovinu generatora.

Svaki hidraulički rotor "vijenca" može generirati oko 2 kW energije, međutim, brzina protoka vode za to mora biti najmanje 2,5 metara u sekundi, a dubina rezervoara ne smije biti veća od 1,5 m.

Princip rada girlandske hidroelektrane je jednostavan: pritisak vode vrti hidrauličke vijke koji okreću kabel i tjeraju generator da proizvodi energiju

Vijenci su se uspješno koristili još sredinom prošlog stoljeća, ali ulogu propelera tada su igrali domaći propeleri, pa čak i limenke. Danas proizvođači nude nekoliko vrsta rotora za različite radne uvjete.

Opremljeni su noževima različitih veličina, izrađeni od metalnog lima, i omogućuju vam postizanje maksimalne učinkovitosti rada stanice.

Ali iako je ovaj hidrogenerator prilično jednostavan za proizvodnju, njegov rad zahtijeva niz posebnih uvjeta koji nisu uvijek izvedivi u stvarnom životu. Takve strukture blokiraju korito rijeke, a malo je vjerojatno da će vam susjedi uz obalu, a da ne spominjemo predstavnike ekoloških službi, dopustiti da koristite energiju potoka za svoje potrebe.

Osim toga, zimi se instalacija može koristiti samo na rezervoarima koji se ne smrzavaju, au oštrim klimatskim uvjetima može se sačuvati ili rastaviti. Stoga se stanice za vijence podižu privremeno i uglavnom u napuštenim područjima (na primjer, u blizini ljetnih pašnjaka).

Rotacijske stanice kapaciteta od 1 do 15 kW/sat generiraju do 9,3 MW mjesečno i omogućuju vam samostalno rješavanje problema elektrifikacije u regijama udaljenim od centraliziranih autocesta

Moderni analog instalacije vijenca su podvodne ili plutajuće okvirne stanice s poprečnim rotorima. Za razliku od prethodnika vijenca, ove strukture ne blokiraju cijelu rijeku, već koriste samo dio riječnog korita, a mogu se postaviti na ponton/splav ili čak spustiti na dno akumulacije.

Vertikalni Daria rotor

Darrieusov rotor je turbinski uređaj koji je dobio ime po svom izumitelju 1931. Sustav se sastoji od nekoliko aerodinamičkih lopatica učvršćenih na radijalnim gredama i radi pomoću diferencijalnog tlaka koristeći princip "podiznog krila", koji se široko koristi u brodogradnji i zrakoplovstvu.

Iako se takve instalacije uglavnom koriste za stvaranje vjetrogeneratora, mogu raditi i s vodom. Ali u ovom slučaju potrebni su precizni izračuni za odabir debljine i širine lopatica u skladu s snagom protoka vode.

Rotor Daria nalikuje "vjetrenjači", samo je instaliran pod vodom i može raditi bez obzira na sezonske oscilacije brzine protoka

Vertikalni rotori rijetko se koriste za stvaranje lokalnih hidroelektrana. Unatoč dobrim pokazateljima učinkovitosti i prividnoj jednostavnosti dizajna, oprema je prilično složena za rad.

Prije početka rada, sustav je potrebno "zavrtjeti", ali samo zamrzavanje spremnika može zaustaviti radnu stanicu. Stoga se Darrieusov rotor koristi uglavnom u industrijskim poduzećima.

Zanimljivo rješenje na području projektiranja malih hidroelektrana s vertikalno radnom turbinom predložio je austrijski izumitelj Franz Zotleterer:

Značajnom prednošću hidromasažnih stanica s pravom se smatra očuvanje ribljih resursa. Rad vertikalne turbine ne šteti živim organizmima rijeke. Osim toga, blato se ne zadržava na zidovima objekata zbog specifičnog kretanja vodenog toka.

Podvodni vijčani propeler

Zapravo, ovo je najjednostavnija zračna vjetrenjača, samo što je instalirana pod vodom. Dimenzije lopatica, kako bi se osigurala maksimalna brzina vrtnje i minimalni otpor, izračunavaju se ovisno o snazi ​​strujanja.Na primjer, ako trenutna brzina ne prelazi 2 m/s, tada širina oštrice treba biti unutar 2-3 cm.

Podvodni propeler lako je napraviti vlastitim rukama, ali je prikladan samo za duboke i brze rijeke - u plitkom vodnom tijelu, rotirajuće lopatice mogu uzrokovati ozljede ribara, plivača, vodenih ptica i životinja

Takva vjetrenjača postavljena je "prema" protoku, ali njezine lopatice ne rade zbog pritiska vodenog tlaka, već zbog stvaranja sile podizanja (na principu krila aviona ili brodskog propelera).

Vodeno kolo s lopaticama

Vodeno kolo jedna je od najjednostavnijih inačica hidrauličkog motora, poznata još iz vremena Rimskog Carstva. Učinkovitost njegovog rada uvelike ovisi o vrsti izvora na koji je instaliran.

Kotač za izlijevanje može se okretati samo zahvaljujući brzini protoka, a kotač za punjenje može se okretati samo uz pomoć pritiska i težine vode koja pada odozgo na lopatice

Ovisno o dubini i koritu vodotoka mogu se ugraditi različiti tipovi kotača:

• Umak (ili dno) – pogodan za plitke rijeke s brzim strujama.
• Srednjeg dometa – nalaze se u kanalima s prirodnim kaskadama tako da protok pada otprilike u sredinu rotirajućeg bubnja.
• Tekućina (ili iznad glave) – postavljaju se ispod brane, cijevi ili na dno prirodnog brzaka tako da voda koja pada nastavlja svoj put preko vrha kotača.

Ali princip rada za sve opcije je isti: voda pada na lopatice i pokreće kotač, što uzrokuje rotaciju generatora za mini-elektranu.

Proizvođači hidrauličke opreme nude gotove turbine, čije su lopatice posebno prilagođene određenoj brzini protoka vode.Ali domaći majstori izrađuju strukture bubnjeva na starinski način - od otpadnog materijala.

Sljedeći odabir fotografija pomoći će vam da se upoznate s koracima izgradnje najjednostavnije verzije mini hidroelektrane:

Možda će nedostatak optimizacije utjecati na pokazatelje učinkovitosti, ali trošak domaće opreme bit će nekoliko puta jeftiniji od kupljenog analoga. Stoga je vodeni kotač najpopularnija opcija za organiziranje vlastite mini-hidroelektrane.

Uvjeti za postavljanje hidroelektrane

Unatoč primamljivoj jeftinosti energije koju proizvodi hidrogenerator, važno je voditi računa o karakteristikama izvora vode čije resurse planirate koristiti za vlastite potrebe.

Uostalom, nije svaki vodotok prikladan za rad mini-hidroelektrane, osobito tijekom cijele godine, tako da ne boli imati u rezervi mogućnost spajanja na centralizirani glavni vod.

Nekoliko prednosti i mana

Glavne prednosti pojedinačne hidroelektrane su očite: jeftina oprema koja proizvodi jeftinu električnu energiju, a također ne šteti prirodi (za razliku od brana koje blokiraju tok rijeke). Iako se sustav ne može nazvati apsolutno sigurnim, rotirajući elementi turbina ipak mogu ozlijediti stanovnike podvodnog svijeta, pa čak i ljude.

Kako bi se spriječile nesreće, hidroelektrana mora biti ograđena, a ako je sustav potpuno skriven vodom, potrebno je na obali postaviti znak upozorenja

Prednosti mini hidroelektrana:

1. Za razliku od drugih "besplatnih" izvora energije (solarni paneli, vjetrogeneratori), hidraulički sustavi mogu raditi bez obzira na doba dana i vremenske prilike. Jedino što ih može zaustaviti je smrzavanje rezervoara.
2. Da biste instalirali hidrogenerator, nije potrebno imati veliku rijeku - isti vodeni kotači mogu se uspješno koristiti čak iu malim (ali brzim!) Potocima.
3. Jedinice ne emitiraju štetne tvari, ne zagađuju vodu i rade gotovo nečujno.
4. Za postavljanje mini-hidroelektrane snage do 100 kW ne morate ishoditi dozvole (iako sve ovisi o lokalnim vlastima i vrsti instalacije).
5. Višak električne energije se može prodati susjednim kućama.

Što se tiče nedostataka, nedovoljna strujna snaga može postati ozbiljna prepreka produktivnom radu opreme. U ovom slučaju bit će potrebno izgraditi pomoćne strukture, što podrazumijeva dodatne troškove.

Ako potencijalna energija obližnje rijeke, temeljena na približnom proračunu, nije dovoljna za proizvodnju električne energije u količini dovoljnoj za praktičnu upotrebu, vrijedi obratiti pozornost na metode konstruiranja vjetrogeneratora. Vjetrenjača će poslužiti kao učinkovit dodatak.

Mjerenje jakosti protoka vode

Prva stvar koju trebate učiniti da razmislite o vrsti i načinu postavljanja stanice je izmjeriti brzinu protoka vode na vašem omiljenom izvoru.

Najlakši način je spustiti bilo koji lagani predmet (primjerice tenisku lopticu, komad pjenaste plastike ili plovak za pecanje) na brzake i štopericom izmjeriti vrijeme koje mu je potrebno da prepliva udaljenost do neke znamenitosti . Standardna udaljenost za "plivanje" je 10 metara.

Ako se rezervoar nalazi daleko od kuće, možete izgraditi derivacijski kanal ili cjevovod, a istovremeno voditi računa o visinskim razlikama

Sada morate prijeđenu udaljenost u metrima podijeliti s brojem sekundi - to će biti brzina struje.Ali ako je dobivena vrijednost manja od 1 m/s, bit će potrebno podići umjetne strukture kako bi se ubrzao protok zbog promjena visine.

To se može učiniti uz pomoć sklopive brane ili uske odvodne cijevi. Ali bez dobrog protoka morat će se napustiti ideja o hidroelektrani.

Izrada hidroelektrane na bazi vodenog kola

Naravno, sastaviti i podići kolosa koji bi služio poduzeću ili naselju od čak desetak kuća ideja je iz područja znanstvene fantastike. Ali izgradnja mini-hidroelektrane vlastitim rukama za uštedu električne energije sasvim je moguća. Štoviše, možete koristiti i gotove komponente i improvizirane materijale.

Stoga ćemo korak po korak razmotriti izradu najjednostavnije strukture - vodenog kotača.

Potrebni materijali i alati

Da biste vlastitim rukama napravili mini-hidroelektranu, morate pripremiti stroj za zavarivanje, kutnu brusilicu, bušilicu i set pomoćnih alata - čekić, odvijač, ravnalo.

Materijali koji će vam trebati:

• Kutovi i lim debljine najmanje 5 mm.
• PVC ili pocinčane čelične cijevi za izradu lopatica.
• Generator (možete koristiti gotov ili ga sami napraviti, kao u ovom primjeru).
• Kočioni diskovi.
• Vratilo i ležajevi.
• Šperploča.
• Polistirenska smola za lijevanje rotora i statora.
• Bakrena žica od 15 mm za domaći generator.
• Neodimijski magneti.

Imajte na umu da će konstrukcija kotača stalno biti u kontaktu s vodom, stoga metalne i drvene elemente morate odabrati zaštićene od vlage (ili ih sami pobrinuti za impregnaciju i bojanje). U idealnom slučaju šperploča se može zamijeniti plastičnom, ali je drvene dijelove lakše nabaviti i oblikovati u željeni oblik.

Montaža kotača i proizvodnja mlaznica

Osnova za sam kotač mogu biti dva čelična diska istog promjera (ako je moguće dobiti čelični bubanj iz kabela - super, to će uvelike ubrzati proces montaže).

Ali ako metal nije pronađen u materijalima pri ruci, možete izrezati krugove od vodootporne šperploče, iako se čvrstoća i vijek trajanja čak i obrađenog drva ne mogu usporediti s čelikom. Zatim morate izrezati okruglu rupu na jednom od diskova za ugradnju generatora.

Nakon toga se izrađuju oštrice, a bit će potrebno najmanje 16 komada. Da biste to učinili, pocinčane cijevi su izrezane po duljini na dva ili četiri dijela (ovisno o promjeru). Zatim se područja rezanja i površina samih oštrica moraju polirati kako bi se smanjio gubitak energije uslijed trenja.

Lopatice su postavljene pod kutom od približno 40-45 stupnjeva - to će pomoći povećati površinu na koju će utjecati sila protoka

Razmak između dva bočna diska treba biti što bliži duljini noževa. Za označavanje mjesta budućih čvorišta preporuča se izraditi predložak od šperploče, koji će označiti mjesto za svaki dio i rupu za pričvršćivanje kotača na generator. Gotove oznake mogu se pričvrstiti na vanjsku stranu jednog od diskova.

Krugovi se zatim postavljaju paralelno jedan s drugim pomoću čvrstih navojnih šipki, a oštrice se zavaruju ili pričvršćuju vijcima u željenim položajima. Bubanj će se okretati na ležajevima, a kao oslonac koristi se okvir izrađen od kutova ili cijevi malog promjera.

U ovoj fazi montaža bubnja može se smatrati završenom, ostaje samo opremiti ga domaćim generatorom i mlaznicom koja usmjerava protok vode

Mlaznica je dizajnirana za izvore vode kaskadnog tipa - takva instalacija omogućit će vam maksimalno korištenje energije protoka. Ovaj pomoćni element izrađuje se savijanjem lima, nakon čega slijedi zavarivanje šavova, a zatim se montira na cijev.

Međutim, ako vaše područje ima ravnu rijeku bez brzaka ili drugih prepreka na velikoj nadmorskoj visini, ovaj detalj nije potreban.

Važno je da širina izlaza mlaznice odgovara širini samog kotača, inače će dio protoka ići "u praznom hodu" i neće doći do lopatica

Sada kotač treba montirati na osovinu i montirati na nosač od zavarenih ili pričvršćenih uglova. Ostaje samo napraviti generator (ili instalirati gotov) i možete ići na rijeku.

DIY generator

Da biste napravili domaći generator, morate namotati i napuniti stator, za što će vam trebati zavojnice sa 125 zavoja bakrene žice na svakoj. Nakon njihovog spajanja cijela konstrukcija se puni poliesterskom smolom.

Svaka faza sastoji se od tri uzastopno spojene niti, tako da se spoj može izvesti u obliku zvijezde ili trokuta s nekoliko vanjskih izvoda

Sada morate pripremiti predložak od šperploče koji odgovara veličini kočionog diska.

Na drvenom prstenu su napravljene oznake i napravljeni su utori za ugradnju magneta (u ovom slučaju korišteni su neodimijski magneti debljine 1,3 cm, širine 2,5 cm i duljine 5 cm). Zatim se dobiveni rotor također napuni smolom, a nakon sušenja se pričvrsti na bubanj kotača.

Vodeno kolo s rotorom od kočionih diskova i generatorom od namotaja bakrene žice - lakirano, prezentirano i spremno za upotrebu

Posljednje što treba instalirati je aluminijsko kućište s ampermetrom koji pokriva ispravljače. Zadatak ovih elemenata je pretvaranje trofazne struje u istosmjernu.

Nakon postavljanja kotača u tok male rijeke s kaskadom ili odvodnom cijevi, možete računati na performanse mini hidroelektrane od 1,9A * 12V pri 110 o/min.

Kako biste spriječili da lišće, pijesak i drugi otpaci doneseni strujom ne dospiju u kotač, preporučljivo je postaviti zaštitnu mrežu ispred uređaja.

Također možete eksperimentirati s razmacima između magneta i zavojnica s povećanim brojem zavoja kako biste povećali učinkovitost hidrauličke stanice.

O svim vrstama alternativni izvori energije Saznat ćete čitajući članak posvećen uvođenju “zelenih tehnologija” u svakodnevni život.

Zaključci i koristan video na tu temu

Video #1. Primjer radne hidrauličke instalacije s domaćim generatorom na bazi trofaznog motora:

Video #2. Mini hidroelektrana, dizajnirana na principu vodenog kotača:

Video #3. Stanica temeljena na kotaču bicikla zanimljiva je opcija za rješavanje problema opskrbe energijom na odmoru daleko od civilizacije:

Kao što vidite, izgraditi vodenu mini-elektranu vlastitim rukama nije tako teško. Ali budući da se većina izračuna i parametara za njegove komponente određuje "na oko", trebali biste biti spremni na moguće kvarove i povezane troškove.

Ako osjećate nedostatak znanja i iskustva u ovom području, trebali biste vjerovati stručnjacima koji će izvršiti sve potrebne izračune, preporučiti optimalnu opremu za vaš slučaj i učinkovito je instalirati.

Napišite komentare u blok ispod. Podijelite zanimljive informacije i korisne preporuke, ostavite tematske fotografije.Možda nam želite reći kako ste vlastitim rukama izgradili funkcionalnu hidroelektranu na prigradskoj parceli? Bit će nam drago pročitati vašu priču o procesu i radu uređaja.