Hidroelektrostacija “dari pats”: kā uzbūvēt autonomu mini hidroelektrostaciju

Ūdens plūsmas spēks ir atjaunojams dabas resurss, kas ļauj iegūt praktiski bezmaksas elektroenerģiju.Dabas dāvinātā enerģija dos iespēju ietaupīt uz komunālajiem maksājumiem un atrisināt iekārtu uzlādes problēmu.

Ja pie mājas tek kāds strauts vai upe, ir vērts to izmantot. Viņi varēs nodrošināt objektu un māju ar elektrību. Un, ja jūs uzbūvējat hidroelektrostaciju ar savām rokām, ekonomiskais efekts ievērojami palielinās.

Prezentētajā rakstā ir sīki aprakstītas privāto hidrotehnisko būvju ražošanas tehnoloģijas. Mēs runājām par to, kas nepieciešams, lai izveidotu sistēmu un savienotu to ar patērētājiem. Šeit jūs uzzināsiet par visām iespējām miniatūriem enerģijas piegādātājiem, kas samontēti no metāllūžņu materiāliem.

Hidroelektrostacijas nerūpnieciskām vajadzībām

Hidroelektrostacijas ir struktūras, kas var pārvērst ūdens kustības enerģiju elektroenerģijā. Alternatīvi zaļās enerģijas piegādātāji līdz šim tos aktīvi izmanto tikai Rietumos. Mūsu valstī šī daudzsološā nozare sper tikai pirmos kautrīgos soļus.

Mazās privātās hidroelektrostacijas var būt dambji lielās upēs, kas ģenerē no desmit līdz vairākiem simtiem megavatu, vai mini hidroelektrostacijas ar maksimālo jaudu 100 kW, kas ir pilnīgi pietiekami privātmājas vajadzībām. Uzzināsim vairāk par pēdējo.

Garland stacija ar hidrauliskām skrūvēm

Konstrukcija sastāv no rotoru ķēdes, kas piestiprināta pie elastīga tērauda troses, kas izstiepta pāri upei. Pats kabelis spēlē rotācijas vārpstas lomu, kuras viens gals ir piestiprināts pie atbalsta gultņa, bet otrs aktivizē ģeneratora vārpstu.

Katrs “vītnes” hidrauliskais rotors spēj ģenerēt aptuveni 2 kW enerģijas, tomēr ūdens plūsmas ātrumam tam jābūt vismaz 2,5 metriem sekundē, un rezervuāra dziļumam nevajadzētu pārsniegt 1,5 m.

Garland hidroelektrostacijas darbības princips ir vienkāršs: ūdens spiediens griež hidrauliskās skrūves, kas griež kabeli un liek ģeneratoram ražot enerģiju.

Garland stacijas veiksmīgi tika izmantotas vēl pagājušā gadsimta vidū, bet dzenskrūves lomu toreiz pildīja paštaisītas dzenskrūves un pat skārda kārbas. Mūsdienās ražotāji piedāvā vairāku veidu rotorus dažādiem darbības apstākļiem.

Tie ir aprīkoti ar dažāda izmēra asmeņiem, kas izgatavoti no lokšņu metāla, un ļauj iegūt maksimālu efektivitāti no stacijas darbības.

Bet, lai gan šo hidroģeneratoru ir diezgan vienkārši ražot, tā darbībai ir nepieciešami vairāki īpaši apstākļi, kas ne vienmēr ir realizējami reālajā dzīvē. Šādas būves bloķē upes gultni, un maz ticams, ka jūsu kaimiņi gar krastu, nemaz nerunājot par vides dienestu pārstāvjiem, ļaus jums izmantot strauta enerģiju saviem mērķiem.

Turklāt ziemā instalāciju var izmantot tikai uz neaizsalstošām rezervuāriem, un skarbā klimatā to var saglabāt vai demontēt. Tāpēc vītņu stacijas tiek uzceltas īslaicīgi un galvenokārt pamestās vietās (piemēram, pie vasaras ganībām).

Rotācijas stacijas ar jaudu no 1 līdz 15 kW/stundā ģenerē līdz 9,3 MW mēnesī un ļauj patstāvīgi atrisināt elektrifikācijas problēmu reģionos, kas atrodas tālu no centralizētām maģistrālēm

Mūsdienīgs vītnes instalācijas analogs ir iegremdējamās vai peldošās karkasa stacijas ar šķērsvirziena rotoriem. Atšķirībā no vītnes priekšgājēja šīs konstrukcijas neaizsprosto visu upi, bet izmanto tikai daļu no upes gultnes, un tās var uzstādīt uz pontona/plosta vai pat nolaist līdz ūdenskrātuves dibenam.

Vertikālais Daria rotors

Darrieus rotors ir turbīnas ierīce, kas nosaukta tās izgudrotāja vārdā 1931. gadā. Sistēma sastāv no vairākiem aerodinamiskiem lāpstiņiem, kas piestiprināti pie radiālām sijām un darbojas ar diferenciālo spiedienu, izmantojot “paceļamā spārna” principu, ko plaši izmanto kuģu būvē un aviācijā.

Lai gan šādas iekārtas pārsvarā izmanto vēja ģeneratoru izveidošanai, tās var strādāt arī ar ūdeni. Bet šajā gadījumā ir nepieciešami precīzi aprēķini, lai izvēlētos lāpstiņu biezumu un platumu atbilstoši ūdens plūsmas stiprumam.

Daria rotors atgādina “vēja dzirnavas”, ir uzstādīts tikai zem ūdens, un tas var darboties neatkarīgi no plūsmas ātruma sezonālām svārstībām

Vertikālos rotorus reti izmanto, lai izveidotu vietējās hidroelektrostacijas. Neskatoties uz labajiem efektivitātes rādītājiem un šķietamo konstrukcijas vienkāršību, iekārtu darbība ir diezgan sarežģīta.

Pirms darba uzsākšanas sistēma ir “jāuzgriež”, bet tikai rezervuāra aizsalšana var apturēt darba staciju. Tāpēc Darrieus rotoru galvenokārt izmanto rūpniecības uzņēmumos.

Interesantu risinājumu mazo hidroelektrostaciju ar vertikāli darbināmu turbīnu projektēšanas jomā piedāvāja austriešu izgudrotājs Francs Zotleterers:

Par būtisku burbuļvannu staciju priekšrocību gluži pamatoti tiek uzskatīta zivju resursu saglabāšana. Vertikālās turbīnas darbība nekaitē upes dzīviem organismiem. Turklāt dubļi neaizkavējas uz konstrukciju sienām ūdens plūsmas specifiskās kustības dēļ.

Zemūdens skrūvju dzenskrūve

Patiesībā šīs ir visvienkāršākās gaisa vējdzirnavas, tikai tās ir uzstādītas zem ūdens. Lāpstiņu izmēri, lai nodrošinātu maksimālo griešanās ātrumu un minimālo pretestību, tiek aprēķināti atkarībā no plūsmas spēka.Piemēram, ja strāvas ātrums nepārsniedz 2 m/sek, tad asmens platumam jābūt 2-3 cm robežās.

Zemūdens dzenskrūvi ir viegli izgatavot ar savām rokām, taču tas ir piemērots tikai dziļām un straujām upēm - seklā ūdenstilpē rotējošie lāpstiņas var radīt savainojumus makšķerniekiem, peldētājiem, ūdensputniem un dzīvniekiem.

Šādas vējdzirnavas ir uzstādītas “pret plūsmu”, bet to lāpstiņas darbojas nevis ūdens spiediena spiediena, bet gan celšanas spēka ģenerēšanas dēļ (pēc lidmašīnas spārna vai kuģa propellera principa).

Ūdens ritenis ar asmeņiem

Ūdensritenis ir viena no vienkāršākajām hidrauliskā dzinēja versijām, kas pazīstama kopš Romas impērijas laikiem. Tās darbības efektivitāte lielā mērā ir atkarīga no avota veida, uz kura tas ir uzstādīts.

Ieliešanas ritenis var griezties tikai plūsmas ātruma dēļ, un uzpildes ritenis var griezties tikai ar spiediena un ūdens svara palīdzību, kas no augšas krīt uz asmeņiem

Atkarībā no ūdensteces dziļuma un gultnes var uzstādīt dažāda veida riteņus:

• Mērce (vai apakšā) – piemērots seklām upēm ar straujām straumēm.
• Vidēja diapazona – atrodas kanālos ar dabīgām kaskādēm tā, lai plūsma kristu aptuveni rotējošā trumuļa vidū.
• Šķidrums (vai virs galvas) – ir uzstādīti zem dambja, caurules vai dabiskas krāces apakšā, lai krītošais ūdens turpinātu savu ceļu pāri riteņa augšdaļai.

Bet visu opciju darbības princips ir vienāds: ūdens nokrīt uz asmeņiem un virza riteni, kas liek mini elektrostacijas ģeneratoram griezties.

Hidraulisko iekārtu ražotāji piedāvā jau gatavas turbīnas, kuru lāpstiņas ir īpaši pielāgotas noteiktam ūdens plūsmas ātrumam.Bet mājamatnieki izgatavo bungu konstrukcijas vecmodīgā veidā - no metāllūžņiem.

Sekojošā fotoattēlu izlase palīdzēs jums iepazīties ar mini hidroelektrostacijas vienkāršākās versijas konstruēšanas soļiem:

Iespējams, optimizācijas trūkums ietekmēs efektivitātes rādītājus, taču paštaisīta aprīkojuma izmaksas būs vairākas reizes lētākas nekā iegādātais analogs. Tāpēc ūdens ritenis ir vispopulārākais variants, lai organizētu savu mini hidroelektrostaciju.

Hidroelektrostacijas uzstādīšanas nosacījumi

Neskatoties uz hidroģeneratora saražotās enerģijas vilinošo lētumu, ir svarīgi ņemt vērā ūdens avota īpašības, kuras resursus plānojat izmantot savām vajadzībām.

Galu galā ne katra ūdenstece ir piemērota mini hidroelektrostacijas darbībai, it īpaši visu gadu, tāpēc nav par ļaunu, ja rezervē ir iespēja pieslēgties centralizētai maģistrālei.

Daži plusi un mīnusi

Atsevišķas hidroelektrostacijas galvenās priekšrocības ir acīmredzamas: lēts aprīkojums, kas ražo lētu elektroenerģiju, turklāt nekaitē dabai (atšķirībā no dambjiem, kas bloķē upes tecējumu). Lai gan sistēmu nevar saukt par absolūti drošu, turbīnu rotējošie elementi joprojām var radīt traumas zemūdens pasaules iedzīvotājiem un pat cilvēkiem.

Lai novērstu negadījumus, hidroelektrostacijai jābūt nožogotai, un, ja sistēmu pilnībā slēpj ūdens, krastā jāuzstāda brīdinājuma zīme

Mini hidroelektrostaciju priekšrocības:

1. Atšķirībā no citiem “bezmaksas” enerģijas avotiem (saules paneļiem, vēja ģeneratoriem), hidrauliskās sistēmas var darboties neatkarīgi no diennakts laika un laikapstākļiem. Vienīgais, kas tos var apturēt, ir rezervuāra sasalšana.
2. Lai uzstādītu hidroģeneratoru, nav nepieciešama liela upe - vienus un tos pašus ūdensratus var veiksmīgi izmantot pat mazās (bet straujās!) straumēs.
3. Iekārtas neizdala kaitīgas vielas, nepiesārņo ūdeni un darbojas gandrīz klusi.
4. Lai uzstādītu mini hidroelektrostaciju ar jaudu līdz 100 kW, jums nav jāsaņem atļaujas (lai gan viss ir atkarīgs no vietējām iestādēm un uzstādīšanas veida).
5. Elektrības pārpalikumu var pārdot kaimiņu mājām.

Runājot par trūkumiem, nepietiekama strāvas stiprums var kļūt par nopietnu šķērsli iekārtas produktīvai darbībai. Šajā gadījumā būs jābūvē palīgbūves, kas rada papildu izmaksas.

Ja tuvējās upes potenciālā enerģija, pamatojoties uz aptuvenu aprēķinu, nav pietiekama, lai saražotu elektroenerģiju praktiskai lietošanai pietiekamā apjomā, ir vērts pievērst uzmanību vēja ģeneratoru konstruēšanas metodes. Kā efektīvs papildinājums kalpos vējdzirnavas.

Ūdens plūsmas stipruma mērīšana

Pirmā lieta, kas jums jādara, lai padomātu par stacijas uzstādīšanas veidu un metodi, ir izmērīt ūdens plūsmas ātrumu jūsu iecienītākajā avotā.

Vienkāršākais veids ir nolaist jebkuru vieglu priekšmetu (piemēram, tenisa bumbiņu, putuplasta gabalu vai makšķerēšanas pludiņu) uz krāces un ar hronometru izmērīt laiku, kas nepieciešams, lai tas peldētu attālumu līdz kādam orientierim. . Standarta distance “peldēšanai” ir 10 metri.

Ja rezervuārs atrodas tālu no mājas, varat izveidot novirzīšanas kanālu vai cauruļvadu un tajā pašā laikā rūpēties par augstuma atšķirībām

Tagad jums ir jāsadala nobrauktais attālums metros ar sekunžu skaitu - tas būs strāvas ātrums.Bet, ja iegūtā vērtība ir mazāka par 1 m/sek, būs nepieciešams uzcelt mākslīgas konstrukcijas, lai paātrinātu plūsmu augstuma izmaiņu dēļ.

To var izdarīt ar saliekama aizsprosta vai šauras kanalizācijas caurules palīdzību. Bet bez labas plūsmas ideja par hidroelektrostaciju būs jāatsakās.

Hidroelektrostacijas ražošana uz ūdens rata bāzes

Protams, montēt un uzstādīt kolosu, kas paredzēts, lai apkalpotu uzņēmumu vai apdzīvotu vietu pat pārdesmit māju, ir ideja no zinātniskās fantastikas jomas. Bet mini hidroelektrostacijas celtniecība ar savām rokām, lai ietaupītu elektroenerģiju, ir pilnīgi iespējama. Turklāt jūs varat izmantot gan gatavus komponentus, gan improvizētus materiālus.

Tāpēc mēs soli pa solim apsvērsim visvienkāršākās konstrukcijas - ūdens rata - izgatavošanu.

Nepieciešamie materiāli un instrumenti

Lai ar savām rokām izgatavotu mini hidroelektrostaciju, jums jāsagatavo metināšanas iekārta, leņķa slīpmašīna, urbis un palīginstrumentu komplekts - āmurs, skrūvgriezis, lineāls.

Materiāli, kas jums būs nepieciešami:

• Stūri un lokšņu metāls ar biezumu vismaz 5 mm.
• PVC vai cinkota tērauda caurules asmeņu izgatavošanai.
• Ģenerators (varat izmantot gatavu vai izgatavot pats, kā šajā piemērā).
• Bremžu diski.
• Vārpsta un gultņi.
• Saplāksnis.
• Polistirola sveķi rotora un statora liešanai.
• 15 mm vara stieple paštaisītam ģeneratoram.
• Neodīma magnēti.

Ņemiet vērā, ka riteņa konstrukcija pastāvīgi saskarsies ar ūdeni, tāpēc metāla un koka elementi jāizvēlas ar aizsardzību pret mitrumu (vai arī pašiem jārūpējas par to impregnēšanu un krāsošanu). Ideālā gadījumā saplāksni var aizstāt ar plastmasu, bet koka detaļas ir vieglāk iegūt un veidot sev vēlamā formā.

Riteņu montāža un sprauslu izgatavošana

Paša riteņa pamatā var būt divi vienāda diametra tērauda diski (ja ir iespējams iegūt tērauda trumuli no kabeļa - lieliski, tas ievērojami paātrinās montāžas procesu).

Bet, ja pie rokas esošajos materiālos metāls nav atrodams, no ūdensizturīga saplākšņa var izgriezt apļus, lai gan pat apstrādātas koksnes izturību un kalpošanas laiku nevar salīdzināt ar tēraudu. Pēc tam vienā no diskiem jāizgriež apaļš caurums ģeneratora uzstādīšanai.

Pēc tam tiek izgatavoti asmeņi, un būs nepieciešami vismaz 16 gabali. Lai to izdarītu, cinkotas caurules tiek sagrieztas gareniski divās vai četrās daļās (atkarībā no diametra). Pēc tam griešanas vietas un pašu asmeņu virsma ir jānopulē, lai samazinātu enerģijas zudumus berzes dēļ.

Asmeņi ir uzstādīti aptuveni 40-45 grādu leņķī - tas palīdzēs palielināt virsmas laukumu, ko ietekmēs plūsmas spēks

Attālumam starp abiem sānu diskiem jābūt pēc iespējas tuvākam asmeņu garumam. Lai iezīmētu vietu topošajām rumbu vietām, ieteicams no saplākšņa izgatavot veidni, kurā tiks atzīmēta katras daļas atrašanās vieta un caurums riteņa stiprināšanai pie ģeneratora. Gatavos marķējumus var piestiprināt pie viena diska ārpuses.

Pēc tam apļi tiek uzstādīti paralēli viens otram, izmantojot cietus vītņotus stieņus, un asmeņi tiek metināti vai pieskrūvēti vēlamajās pozīcijās. Bungas griezīsies uz gultņiem, un kā balsts tiek izmantots rāmis, kas izgatavots no leņķiem vai maza diametra caurulēm.

Šajā posmā bungas montāžu var uzskatīt par pabeigtu, atliek tikai aprīkot to ar paštaisītu ģeneratoru un sprauslu, kas virza ūdens plūsmu

Sprausla ir paredzēta kaskādes tipa ūdens avotiem - šāda uzstādīšana ļaus maksimāli izmantot plūsmas enerģiju. Šis palīgelements ir izgatavots, saliekot lokšņu metālu, pēc tam metinot šuves, un pēc tam uzstādīts uz caurules.

Taču, ja jūsu apkaimē ir līdzena upe bez krācēm vai citiem augstkalnu šķēršļiem, šī detaļa nav nepieciešama.

Ir svarīgi, lai sprauslas izplūdes atveres platums atbilstu paša riteņa platumam, pretējā gadījumā daļa plūsmas ies “dīkstāvē” un nesasniegs asmeņus.

Tagad ritenis ir jāuzstāda uz ass un jāuzstāda uz balsta, kas izgatavots no metinātiem vai pieskrūvētiem stūriem. Atliek tikai uztaisīt ģeneratoru (vai uzstādīt gatavu) un var doties uz upi.

DIY ģenerators

Lai izgatavotu paštaisītu ģeneratoru, jums ir jāaptin un jāpiepilda stators, kuram jums būs nepieciešami spoles ar 125 vara stieples apgriezieniem katrā. Pēc to savienošanas visa konstrukcija ir piepildīta ar poliestera sveķiem.

Katra fāze sastāv no trim sērijveidā piestiprinātām šķeterēm, tāpēc savienojumu var izveidot zvaigznes vai trīsstūra formā ar vairākiem ārējiem vadiem

Tagad jums ir jāsagatavo saplākšņa veidne, kas atbilst bremžu diska izmēram.

Uz koka gredzena ir izgatavoti marķējumi un izveidoti spraugas magnētu uzstādīšanai (šajā gadījumā tika izmantoti neodīma magnēti 1,3 cm biezumā, 2,5 cm platumā un 5 cm garumā). Tad arī iegūtais rotors ir piepildīts ar sveķiem, un pēc žāvēšanas tas tiek piestiprināts pie riteņa trumuļa.

Ūdens ritenis ar rotoru no bremžu diskiem un ģeneratoru no vara stieples spolēm - krāsots, reprezentabls un gatavs lietošanai

Pēdējā lieta, kas jāuzstāda, ir alumīnija korpuss ar ampērmetru, kas pārklāj taisngriežus. Šo elementu uzdevums ir pārveidot trīsfāzu strāvu līdzstrāvā.

Pēc riteņa uzstādīšanas nelielas upes plūsmā ar kaskādi vai izplūdes cauruli, varat paļauties uz mini hidroelektrostacijas veiktspēju 1,9 A * 12 V pie 110 apgr./min.

Lai lapas, smiltis un citi ar plūsmu atnestie gruži neiekļūtu ritenī, ierīces priekšā vēlams novietot aizsargtīklu.

Varat arī eksperimentēt ar spraugām starp magnētiem un spolēm ar palielinātu apgriezienu skaitu, lai palielinātu hidrauliskās stacijas efektivitāti.

Par visiem veidiem alternatīvie enerģijas avoti To uzzināsiet, izlasot rakstu, kas veltīts “zaļo tehnoloģiju” ieviešanai ikdienā.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

1. video. Darba hidrauliskās instalācijas piemērs ar paštaisītu ģeneratoru, kura pamatā ir trīsfāzu motors:

2. video. Mini hidroelektrostacija, kas izstrādāta pēc ūdensrata principa:

Video #3. Stacija, kuras pamatā ir velosipēda ritenis, ir interesanta iespēja atrisināt energoapgādes problēmu atvaļinājumā tālu no civilizācijas:

Kā redzat, ūdens mini elektrostacijas celtniecība ar savām rokām nav tik sarežģīta. Bet, tā kā lielākā daļa tā komponentu aprēķinu un parametru tiek noteikti “ar aci”, jums jābūt gatavam iespējamiem bojājumiem un saistītajām izmaksām.

Ja jūtat zināšanu un pieredzes trūkumu šajā jomā, jāuzticas speciālistiem, kuri veiks visus nepieciešamos aprēķinus, ieteiks Jūsu lietai optimālo aprīkojumu un to efektīvi uzstādīs.

Lūdzu, ierakstiet komentārus zemāk esošajā blokā. Dalieties ar interesantu informāciju un noderīgus ieteikumus, atstājiet tematiskās fotogrāfijas.Varbūt vēlaties pastāstīt, kā jūs savām rokām uzcēlāt funkcionējošu hidroelektrostaciju piepilsētas zemes gabalā? Mēs labprāt izlasīsim jūsu stāstu par ierīces procesu un darbību.