Hidroelektrarna naredi sam: kako zgraditi avtonomno mini hidroelektrarno

Moč vodnega toka je obnovljiv naravni vir, ki omogoča pridobivanje praktično brezplačne električne energije.Energija, ki jo je podarila narava, bo omogočila prihranek pri komunalnih storitvah in rešila problem polnjenja opreme.

Če v bližini vašega doma teče potok ali reka, se ga splača izkoristiti. Lahko bodo zagotovili elektriko na lokaciji in hiši. In če zgradite hidroelektrarno z lastnimi rokami, se ekonomski učinek znatno poveča.

Predstavljeni članek podrobno opisuje proizvodne tehnologije zasebnih hidravličnih konstrukcij. Pogovarjali smo se o tem, kaj je potrebno za vzpostavitev sistema in njegovo povezavo s porabniki. Tukaj boste spoznali vse možnosti za miniaturne dobavitelje energije, sestavljene iz odpadnega materiala.

Hidroelektrarne za neindustrijske namene

Hidroelektrarne so objekti, ki lahko pretvorijo energijo gibanja vode v električno energijo. Alternativni dobavitelji zelene energije zaenkrat jih aktivno izkoriščajo le na zahodu. Pri nas ta obetavna panoga dela šele prve sramežljive korake.

Male zasebne hidroelektrarne so lahko jezovi na velikih rekah z močjo od deset do nekaj sto megavatov ali mini hidroelektrarne z največjo močjo 100 kW, kar je povsem dovolj za potrebe zasebnega doma. Izvemo več o slednjem.

Garland postaja s hidravličnimi vijaki

Struktura je sestavljena iz verige rotorjev, pritrjenih na prožno jekleno vrv, razpeto čez reko. Sam kabel igra vlogo vrtilne gredi, katere en konec je pritrjen na nosilni ležaj, drugi pa aktivira gred generatorja.

Vsak hidravlični rotor "venca" lahko proizvede približno 2 kW energije, vendar mora biti hitrost toka vode za to najmanj 2,5 metra na sekundo, globina rezervoarja pa ne sme presegati 1,5 m.

Načelo delovanja girlandske hidroelektrarne je preprosto: vodni tlak vrti hidravlične vijake, ki vrtijo kabel in silijo generator v proizvodnjo energije.

Garlandske postaje so bile uspešno uporabljene že sredi prejšnjega stoletja, vendar so vlogo propelerjev takrat igrali domači propelerji in celo pločevinke. Danes proizvajalci ponujajo več vrst rotorjev za različne pogoje delovanja.

Opremljeni so z rezili različnih velikosti, izdelanimi iz pločevine, in vam omogočajo, da dosežete največjo učinkovitost delovanja postaje.

Toda čeprav je ta hidrogenerator precej preprost za izdelavo, njegovo delovanje zahteva številne posebne pogoje, ki v resničnem življenju niso vedno izvedljivi. Takšne strukture blokirajo rečno strugo in malo verjetno je, da vam bodo vaši sosedje ob bregu, da ne omenjamo predstavnikov okoljskih služb, dovolili, da energijo potoka uporabite za svoje namene.

Poleg tega se pozimi lahko namestitev uporablja samo na rezervoarjih brez zmrzovanja, v ostrih podnebjih pa jo je mogoče ohraniti ali razstaviti. Zato so postaje za girlande postavljene začasno in predvsem na zapuščenih območjih (na primer v bližini poletnih pašnikov).

Rotacijske postaje z zmogljivostjo od 1 do 15 kW/uro proizvedejo do 9,3 MW na mesec in vam omogočajo, da samostojno rešite problem elektrifikacije v regijah, oddaljenih od centraliziranih avtocest.

Sodoben analog namestitve girland so potopne ali plavajoče okvirne postaje s prečnimi rotorji. Za razliko od svojega predhodnika girlande, te konstrukcije ne blokirajo celotne reke, ampak uporabljajo le del struge in jih je mogoče namestiti na ponton/splav ali celo spustiti na dno akumulacije.

Vertikalni Daria rotor

Darrieusov rotor je turbinska naprava, ki je dobila ime po svojem izumitelju leta 1931. Sistem je sestavljen iz več aerodinamičnih lopatic, pritrjenih na radialnih nosilcih, in deluje z diferenčnim tlakom po principu "dvižnega krila", ki se pogosto uporablja v ladjedelništvu in letalstvu.

Čeprav se takšne naprave večinoma uporabljajo za izdelavo vetrnih generatorjev, lahko delujejo tudi z vodo. Toda v tem primeru so potrebni natančni izračuni za izbiro debeline in širine lopatic v skladu z močjo vodnega toka.

Rotor Daria spominja na "mlin na veter", le da je nameščen pod vodo in lahko deluje ne glede na sezonska nihanja hitrosti pretoka.

Vertikalni rotorji se redko uporabljajo za ustvarjanje lokalnih hidroelektrarn. Kljub dobrim kazalnikom učinkovitosti in navidezni preprostosti zasnove je oprema precej zapletena za delovanje.

Preden začnete z delom, je treba sistem "zavrteti", vendar samo zamrznitev rezervoarja lahko ustavi delujočo postajo. Zato se Darrieusov rotor uporablja predvsem v industrijskih podjetjih.

Zanimivo rešitev na področju načrtovanja malih hidroelektrarn z vertikalno delujočo turbino je predlagal avstrijski izumitelj Franz Zotleterer:

Pomembna prednost masažnih postaj se upravičeno šteje za ohranjanje ribjih virov. Delovanje vertikalne turbine ne škoduje živim rečnim organizmom. Poleg tega se blato ne zadržuje na stenah konstrukcij zaradi specifičnega gibanja vodnega toka.

Podvodni vijačni propeler

Pravzaprav je to najpreprostejša zračna vetrnica, le da je nameščena pod vodo. Dimenzije lopatic, da se zagotovi največja hitrost vrtenja in najmanjši upor, se izračunajo glede na moč toka.Na primer, če trenutna hitrost ne presega 2 m/s, mora biti širina rezila znotraj 2-3 cm.

Podvodni propeler je enostavno narediti z lastnimi rokami, vendar je primeren le za globoke in hitre reke - v plitvem vodnem telesu lahko vrteče se lopatice poškodujejo ribiče, plavalce, vodne ptice in živali

Takšna vetrnica je nameščena "proti" toku, vendar njene lopatice ne delujejo zaradi pritiska vodnega tlaka, temveč zaradi ustvarjanja dvižne sile (po principu krila letala ali ladijskega propelerja).

Vodno kolo z rezili

Vodno kolo je ena najpreprostejših različic hidravličnega motorja, poznana že iz časov rimskega imperija. Učinkovitost njegovega delovanja je v veliki meri odvisna od vrste vira, na katerem je nameščen.

Izlivno kolo se lahko vrti samo zaradi hitrosti toka, polnilno kolo pa se lahko vrti samo s pomočjo pritiska in teže vode, ki pada od zgoraj na lopatice.

Glede na globino in strugo vodotoka lahko vgradimo različne vrste koles:

• Omaka (ali dno) – primeren za plitve reke s hitrimi tokovi.
• Srednjega dosega – se nahajajo v kanalih z naravnimi kaskadami, tako da tok pade približno na sredino vrtečega se bobna.
• Tekočina (ali nad glavo) – so nameščeni pod jezom, cevjo ali na dnu naravne brzice, tako da padajoča voda nadaljuje svojo pot preko vrha kolesa.

Toda načelo delovanja za vse možnosti je enako: voda pade na rezila in poganja kolo, zaradi česar se generator za mini elektrarno vrti.

Proizvajalci hidravlične opreme ponujajo že pripravljene turbine, katerih lopatice so posebej prilagojene določeni hitrosti vodnega toka.Toda domači obrtniki izdelujejo strukture bobnov na staromoden način - iz odpadnega materiala.

Naslednji izbor fotografij vam bo pomagal, da se seznanite s koraki gradnje najpreprostejše različice mini hidroelektrarne:

Morda bo pomanjkanje optimizacije vplivalo na kazalnike učinkovitosti, vendar bodo stroški domače opreme večkrat cenejši od kupljenega analoga. Zato je vodno kolo najbolj priljubljena možnost za organizacijo lastne mini hidroelektrarne.

Pogoji za postavitev hidroelektrarne

Kljub mamljivi poceni energije, ki jo proizvaja hidrogenerator, je pomembno upoštevati značilnosti vodnega vira, katerega vire nameravate uporabiti za lastne potrebe.

Navsezadnje ni vsak vodotok primeren za obratovanje mini hidroelektrarne, zlasti celo leto, zato ne boli, če imate v rezervi možnost priključitve na centralizirano glavno linijo.

Nekaj ​​prednosti in slabosti

Glavne prednosti posamezne hidroelektrarne so očitne: poceni oprema, ki proizvaja poceni elektriko, poleg tega pa ne škoduje naravi (za razliko od jezov, ki blokirajo tok reke). Čeprav sistema ni mogoče imenovati popolnoma varnega, lahko vrtljivi elementi turbin še vedno povzročijo poškodbe prebivalcev podvodnega sveta in celo ljudi.

Zaradi preprečevanja nesreč mora biti hidroelektrarna ograjena, če je sistem popolnoma skrit z vodo, pa je treba na obalo namestiti opozorilni znak

Prednosti mini hidroelektrarn:

1. Za razliko od drugih "brezplačnih" virov energije (sončne plošče, vetrni generatorji) lahko hidravlični sistemi delujejo ne glede na čas dneva in vreme. Edina stvar, ki jih lahko ustavi, je zamrznitev rezervoarja.
2. Za namestitev hidrogeneratorja ni potrebno imeti velike reke - ista vodna kolesa se lahko uspešno uporabljajo tudi v majhnih (vendar hitrih!) Potokih.
3. Enote ne oddajajo škodljivih snovi, ne onesnažujejo vode in delujejo skoraj tiho.
4. Za namestitev mini hidroelektrarne z zmogljivostjo do 100 kW vam ni treba pridobiti dovoljenj (čeprav je vse odvisno od lokalnih oblasti in vrste namestitve).
5. Odvečno električno energijo lahko prodamo sosednjim hišam.

Kar zadeva pomanjkljivosti, lahko nezadostna moč toka postane resna ovira za produktivno delovanje opreme. V tem primeru bo treba zgraditi pomožne strukture, kar pomeni dodatne stroške.

Če potencialna energija bližnje reke na podlagi približnega izračuna ne zadošča za proizvodnjo električne energije v količini, ki je zadostna za praktično uporabo, je vredno biti pozoren na metode gradnje vetrnih generatorjev. Mlin na veter bo služil kot učinkovit dodatek.

Merjenje jakosti vodnega toka

Prva stvar, ki jo morate narediti, da razmislite o vrsti in načinu namestitve postaje, je merjenje hitrosti pretoka vode na vašem najljubšem viru.

Najlažji način je, da na brzice spustimo katerikoli lahek predmet (na primer teniško žogico, kos penaste plastike ali ribiški plovec) in s štoparico izmerimo čas, v katerem preplava razdaljo do neke znamenitosti. . Standardna razdalja za "plavanje" je 10 metrov.

Če je rezervoar oddaljen od hiše, lahko zgradite odvodni kanal ali cevovod, hkrati pa poskrbite za višinske razlike

Zdaj morate prevoženo razdaljo v metrih razdeliti na število sekund - to bo hitrost toka.Če pa je dobljena vrednost nižja od 1 m/s, bo treba zaradi višinskih sprememb postaviti umetne strukture za pospešitev toka.

To je mogoče storiti s pomočjo zložljivega jezu ali ozke odtočne cevi. Toda brez dobrega pretoka bo treba idejo o hidroelektrarni opustiti.

Izdelava hidroelektrarne na osnovi vodnega kolesa

Seveda je sestavljanje in postavitev kolosa, namenjenega podjetju ali naselju celo ducata hiš, ideja s področja znanstvene fantastike. Toda zgraditi mini hidroelektrarno z lastnimi rokami za varčevanje z električno energijo je povsem mogoče. Poleg tega lahko uporabite tako že pripravljene komponente kot improvizirane materiale.

Zato bomo korak za korakom obravnavali izdelavo najpreprostejše konstrukcije - vodnega kolesa.

Potrebni materiali in orodja

Za izdelavo mini hidroelektrarne z lastnimi rokami morate pripraviti varilni stroj, kotni brusilnik, vrtalnik in komplet pomožnih orodij - kladivo, izvijač, ravnilo.

Materiali, ki jih boste potrebovali:

• Vogali in pločevina z debelino najmanj 5 mm.
• PVC ali pocinkane jeklene cevi za izdelavo rezil.
• Generator (lahko uporabite že pripravljenega ali ga naredite sami, kot v tem primeru).
• Zavorni diski.
• Gred in ležaji.
• Vezan les.
• Polistirenska smola za ulivanje rotorja in statorja.
• 15 mm bakrena žica za domači generator.
• Neodimovi magneti.

Upoštevajte, da bo konstrukcija kolesa ves čas v stiku z vodo, zato je treba kovinske in lesene elemente izbrati z zaščito pred vlago (ali pa sami poskrbite za impregnacijo in barvanje). Idealno je, da vezane plošče nadomestimo s plastiko, vendar je lesene dele lažje dobiti in oblikovati v želeno obliko.

Montaža koles in izdelava šob

Osnova za samo kolo sta lahko dva jeklena diska enakega premera (če je mogoče jekleni boben dobiti iz kabla - super, to bo močno pospešilo postopek montaže).

Če pa v materialih, ki so pri roki, ni kovine, lahko izrežete kroge iz vodoodporne vezane plošče, čeprav trdnost in življenjska doba celo obdelanega lesa nista primerljivi z jeklom. Nato morate na enem od diskov izrezati okroglo luknjo za namestitev generatorja.

Po tem se izdelajo rezila, potrebnih pa bo vsaj 16 kosov. V ta namen se pocinkane cevi po dolžini razrežejo na dva ali štiri dele (odvisno od premera). Nato je treba rezalne površine in površino samih rezil polirati, da se zmanjša izguba energije zaradi trenja.

Rezila so nameščena pod kotom približno 40-45 stopinj - to bo pomagalo povečati površino, na katero bo vplivala sila toka

Razdalja med obema stranskima diskoma mora biti čim bližja dolžini nožev. Za označevanje lokacije bodočih vozlišč je priporočljivo narediti predlogo iz vezanega lesa, ki bo označila mesto za vsak del in luknjo za pritrditev kolesa na generator. Končane oznake lahko pritrdite na zunanjo stran enega od diskov.

Kroge nato namestite vzporedno drug z drugim s pomočjo trdnih navojnih palic, rezila pa privarite ali privijete v želene položaje. Boben se vrti na ležajih, kot nosilec pa se uporablja okvir iz kotov ali cevi majhnega premera.

Na tej stopnji se lahko šteje, da je montaža bobna končana, ostane le, da ga opremite z domačim generatorjem in šobo, ki usmerja tok vode

Šoba je zasnovana za vodne vire kaskadnega tipa - takšna namestitev vam bo omogočila maksimalno uporabo energije pretoka. Ta pomožni element je izdelan z upogibanjem pločevine, ki mu sledi varjenje šivov in nato pritrjen na cev.

Če pa je na vašem območju ravna reka brez brzic ali drugih ovir na visoki nadmorski višini, ta podrobnost ni potrebna.

Pomembno je, da širina izstopne odprtine šobe ustreza širini samega kolesa, sicer bo del toka šel v "prostem teku" in ne bo dosegel rezil

Zdaj je treba kolo namestiti na os in ga pritrditi na nosilec iz varjenih ali privijačenih vogalov. Ostaja le, da naredite generator (ali namestite že pripravljenega) in lahko greste do reke.

DIY generator

Za izdelavo domačega generatorja morate naviti in napolniti stator, za kar boste potrebovali tuljave s 125 obrati bakrene žice na vsakem. Po njihovem povezovanju se celotna konstrukcija napolni s poliestrsko smolo.

Vsaka faza je sestavljena iz treh zaporedno pritrjenih pramenov, tako da je povezava možna v obliki zvezde ali trikotnika z več zunanjimi vodi

Zdaj morate pripraviti predlogo iz vezanega lesa, ki ustreza velikosti zavornega diska.

Na lesenem obroču so narejene oznake in narejene reže za namestitev magnetov (v tem primeru so bili uporabljeni neodimovi magneti debeline 1,3 cm, širine 2,5 cm in dolžine 5 cm). Nato nastali rotor prav tako napolnimo s smolo, po sušenju pa ga pritrdimo na boben kolesa.

Vodno kolo z rotorjem iz zavornih diskov in generatorjem iz tuljav iz bakrene žice - barvano, vidno in pripravljeno za uporabo

Zadnja stvar, ki jo je treba namestiti, je aluminijasto ohišje z ampermetrom, ki pokriva usmernike. Naloga teh elementov je pretvorba trifaznega toka v enosmerni.

Po namestitvi kolesa v tok majhne reke s kaskado ali iztočno cevjo lahko računate na zmogljivost mini hidroelektrarne 1,9A * 12V pri 110 vrt./min.

Da listje, pesek in drugi odpadki, ki jih prinaša tok, ne bi zašli v kolo, je priporočljivo, da pred napravo namestite zaščitno mrežo.

Prav tako lahko eksperimentirate z režami med magneti in tuljavami s povečanim številom obratov, da povečate učinkovitost hidravlične postaje.

O vseh vrstah alternativnih virov energije Izvedeli boste ob branju članka, posvečenega uvajanju »zelenih tehnologij« v vsakdanje življenje.

Zaključki in uporaben video na to temo

Video #1. Primer delujoče hidravlične instalacije z domačim generatorjem na osnovi trifaznega motorja:

Video #2. Mini hidroelektrarna, zasnovana na principu vodnega kolesa:

Video #3. Postaja, ki temelji na kolesu, je zanimiva možnost za rešitev problema oskrbe z energijo na počitnicah daleč od civilizacije:

Kot lahko vidite, zgraditi vodno mini elektrarno z lastnimi rokami ni tako težko. Ker pa je večina izračunov in parametrov za njegove komponente določena "na oko", morate biti pripravljeni na morebitne okvare in s tem povezane stroške.

Če čutite pomanjkanje znanja in izkušenj na tem področju, zaupajte strokovnjakom, ki bodo opravili vse potrebne izračune, priporočili optimalno opremo za vaš primer in jo učinkovito vgradili.

Napišite komentarje v spodnji blok. Delite zanimive informacije in koristna priporočila, pustite tematske fotografije.Morda nam želite povedati, kako ste z lastnimi rokami zgradili delujočo hidroelektrarno na primestni parceli? Z veseljem bomo prebrali vašo zgodbo o postopku in delovanju naprave.