Gjør-det-selv vannkraftverk: hvordan bygge en autonom mini-hydroelektrisk stasjon

Styrken til vannstrømmen er en fornybar naturressurs som lar deg motta nesten gratis strøm. Energien som gis av naturen vil gi en mulighet til å spare på verktøy og løse problemet med ladeutstyr.

Hvis det strømmer en bekk eller elv i nærheten av hjemmet ditt, er de verdt å bruke. De vil kunne levere strøm til tomten og huset. Og selv om det bygges et gjør-det-selv vannkraftverk, øker den økonomiske effekten betydelig.

Den presenterte artikkelen beskriver i detalj produksjonsteknologien til private hydrauliske strukturer. Vi snakket om hva som kreves for å sette opp et system og koble det til forbrukere. Her lærer du om alle alternativene for miniatyrenergileverandører, samlet fra improviserte materialer.

Vannkraftverk

Vannkraftverk er strukturer som kan omdanne energien fra vannbevegelse til elektrisitet. Alternative leverandører av grønn elektrisitet mens de bare ble utnyttet aktivt i Vesten. På vårt lands territorium tar denne lovende bransjen bare sine første redde skritt.

Små private vannkraftverk kan være demninger på store elver, som genererer fra et dusin til flere hundre megawatt eller mini-vannkraftverk med en maksimal effekt på 100 kW, noe som er nok for behovene til et privat hus. Her om sistnevnte og lære mer.

Hydraulisk skruestasjon

Designet består av en kjede med rotorer montert på en fleksibel stålkabel, trukket over elven. Selve kabelen spiller rollen som en rotasjonsaksel, hvis ene ende er festet på bærelageret, og den andre aktiverer generatorakselen.

Hver “krans” hydraulisk rotor er i stand til å generere omtrent 2 kW energi, selv om hastigheten på vannstrømmen for dette bør være minst 2,5 meter per sekund, og dybden på reservoaret ikke bør overstige 1,5 m.

Prinsippet for drift av en kran vannkraftverk er enkelt: trykket på vannet snurrer hydrauliske skruer, og de roterer kabelen og tvinger generatoren til å generere energi

Garland-stasjoner ble brukt med suksess allerede i midten av forrige århundre, men da ble rollen som skruer spilt av hjemmelagde propeller og til og med blikkbokser. I dag tilbyr produsenter flere typer rotorer for forskjellige driftsforhold.

De er utstyrt med kniver i forskjellige størrelser laget av platemetall, og gjør det mulig å oppnå maksimal effektivitet fra driften av stasjonen.

Men selv om denne hydrogeneratoren er ganske enkel å produsere, innebærer dens drift en rekke spesielle forhold som ikke alltid er gjennomførbare i det virkelige liv. Slike strukturer blokkerer elvebunnen, og det er usannsynlig at naboer langs kysten, for ikke å nevne representanter for miljøtjenester, vil tillate bruk av strømmen til dine formål.

Om vinteren kan enheten bare brukes i ikke-frysende vannforekomster, og i tøffe klima kan den bevares eller demonteres. Derfor bygges kransestasjoner midlertidig og hovedsakelig i et øde område (for eksempel nær sommerbeite).

Rotorstasjoner med en kapasitet på 1 til 15 kW / h genererer opptil 9,3 MW per måned og lar deg uavhengig løse problemet med elektrifisering i regioner fjernt fra sentrale motorveier

En moderne analog til en daisy-chain-installasjon er nedsenkbare eller tidevannsrammer med tverrgående rotorer. I motsetning til deres kranseforfatter, blokkerer ikke disse strukturene hele elven, men bruker bare deler av kanalen, og de kan installeres på en pontong / flåte eller helt senkes til bunnen av reservoaret.

Vertikal rotor Darier

Darier-rotoren er et turbinapparat som ble navngitt til ære for sin oppfinner i 1931.Systemet består av flere aerodynamiske kniver festet på radiale bjelker, og fungerer på grunn av differansetrykket på prinsippet om "løftefløyen", som er mye involvert i skipsbygging og luftfart.

Selv om disse plantene er mer brukt til å lage vindgeneratorer, kan de jobbe med vann. Men i dette tilfellet er det nødvendig med nøyaktige beregninger for å velge tykkelse og bredde på bladene i samsvar med styrken til vannstrømmen.

Darier-rotoren ligner en “vindmølle”, kun installert under vann, og den kan fungere uansett årstidssvingninger i strømningshastighet

Vertikale rotorer brukes sjelden for å lage lokale vannkraftverk. Til tross for de gode ytelsesindikatorene og den tilsynelatende enkle designen, er utstyret ganske vanskelig å betjene.

Før arbeidet starter må systemet være "untwisted", men bare frysing av et reservoar kan stoppe en løpestasjon. Derfor brukes Darier-rotoren hovedsakelig i industribedrifter.

En interessant løsning innen utforming av små vannkraftverk med en vertikalt opererende turbin ble foreslått av den østerrikske oppfinneren Franz Zotloterer:

Den viktige fordelen med boblebadene anses med rette som bevaring av fiskeressursene. Driften av en vertikal turbin skader ikke levende organismer i elven. I tillegg henger ikke søle på veggene i strukturer på grunn av den spesifikke bevegelsen i vannføringen.

Undervannspropell

Faktisk er dette den enkleste vindmøllen, den er bare installert under vann. Dimensjonene til knivene for å sikre maksimal rotasjonshastighet og minimum motstand beregnes avhengig av strømningens styrke. For eksempel, hvis strømningshastigheten ikke overstiger 2 m / s, bør bladets bredde være innenfor 2-3 cm.

En propell under vann er enkel å lage med egne hender, men den er bare egnet for dype og raske elver - i et grunt tjern kan roterende blader skade fiskere, svømmere, vannfugler og dyr

En slik vindmølle er installert "mot" strømmen, men knivene virker ikke på grunn av vanntrykket, men på grunn av forekomsten av løftekraft (etter prinsippet om en flyvinge eller en propell).

Vannhjul med kniver

Et vannhjul er et av de enkleste alternativene for en hydraulisk motor, kjent siden Romerrikets tid. Effektiviteten av dets arbeid avhenger stort sett av kildetypen den ble installert på.

Støpehjulet kan bare rotere på grunn av strømningshastigheten, og støpehjulet kan roteres ved hjelp av trykk og vekten av vann som strømmer ovenfra til bladene.

Avhengig av dybden og kanalen til vassdraget, kan forskjellige hjultyper installeres:

• Ubåt (eller underordnet) - Passer godt til grunne elver med rask flyt.
• Sredneboynye - er plassert i kanaler med naturlige kaskader slik at bekken strømmer omtrent midt i den roterende trommelen.
• Bulk (eller øvre grop) - er installert under demningen, røret eller i bunnen av den naturlige terskelen slik at det fallende vannet fortsetter gjennom toppen av hjulet.

Men driftsprinsippet for alle alternativer er ett og det samme: vann kommer inn i bladene og driver et hjul, noe som får generatoren til et minikraftverk å rotere.

Produsenter av hydraulisk utstyr tilbyr turbiner utenfor hylla hvis kniver er spesielt tilpasset for en spesifikk vannmengde. Men hjemmehåndverkere lager trommelstrukturer på den gammeldagse måten - fra improviserte materialer.

Følgende bildevalg hjelper deg å bli kjent med trinnene for å bygge den enkleste versjonen av en mini-vannkraftstasjon:

Kanskje vil mangelen på optimalisering påvirke effektivitetsindikatorene, men kostnadene for hjemmelaget utstyr vil koste flere ganger billigere enn den kjøpte motparten. Derfor er et vannhjul det mest populære alternativet for å organisere din egen mini-vannkraftverk.

Betingelser for installasjon av et vannkraftverk

Til tross for den fristende billigheten av energi generert av en hydrogenerator, er det viktig å ta hensyn til funksjonene til en vannkilde, ressursene du planlegger å bruke til dine egne behov.

Faktisk er ikke alle vassdrag egnet for drift av en mini-hydroelektrisk kraftstasjon, enda mer året rundt, så det vil ikke skade å ha muligheten til å koble seg til en sentralisert motorvei i reservatet.

Noen få fordeler og ulemper

De viktigste fordelene med et individuelt vannkraftverk er åpenbare: billig utstyr som genererer billig strøm skader ikke naturen (i motsetning til dammer som blokkerer elvestrømmen). Selv om systemet ikke kan kalles helt trygt, kan fortsatt roterende elementer av turbiner forårsake skader på innbyggerne i undervannsverdenen og til og med mennesker.

For å forhindre ulykker, må vannkraftstasjonen beskyttes, og hvis systemet er helt skjult av vann, må du installere et advarselsskilt

Fordeler med mini-hydro:

1. I motsetning til andre "gratis" energikilder (solcellepaneler, vindgeneratorer), kan hydrauliske systemer fungere uansett tid på døgnet eller været. Det eneste som kan forhindre dem er frysing av reservoaret.
2. Det er ikke nødvendig å ha en stor elv for å installere en hydrogenerator - de samme vannhjulene kan med hell brukes selv i små (men raske!) Bekker.
3. Installasjoner avgir ikke skadelige stoffer, forurenser ikke vann og fungerer nesten lydløst.
4. For installasjon av mini-hydroelektriske kraftverk med en kapasitet på opptil 100 kW, er det ikke nødvendig å utarbeide tillatelser (selv om det hele avhenger av lokale myndigheter og type installasjon).
5. Overskuddsstrøm kan selges til nabohusene.

Når det gjelder manglene, kan utilstrekkelig strømningskraft bli et alvorlig hinder for produktiv drift av utstyr. I dette tilfellet vil det være nødvendig å oppføre hjelpestrukturer, noe som medfører merkostnader.

Hvis den potensielle energien i en elv i nærheten ikke er nok til en omtrentlig beregning for å generere strøm i en mengde som er tilstrekkelig for praktisk bruk, er det verdt å ta hensyn til vindmøller konstruksjonsmetoder. Vindmøllen vil fungere som et effektivt supplement.

Måling av vannstrøm

Det første du må gjøre for å tenke på typen og metoden for installasjon av stasjonen er å måle hastigheten på vannføringen ved en valgt kilde.

Den enkleste måten er å senke alle lette gjenstander (for eksempel en tennisball, et stykke isoporskum eller et fiskefløte) ned på stryk og stoppe tiden det vil svømme avstanden til et landemerke. Standardavstanden for "svømmeturen" er 10 meter.

Hvis dammen er langt hjemmefra, kan du bygge en grenkanal eller rørledning, og samtidig ta vare på høydeforskjellene

Nå må du dele avstanden i meter med antall sekunder - dette vil være hastigheten på strømmen. Men hvis den oppnådde verdien er mindre enn 1 m / s, vil det være nødvendig å oppføre kunstige strukturer for å akselerere strømmen ved høydeforskjeller.

Dette kan gjøres med en sammenleggbar demning eller et smalt avløpsrør. Men uten god flyt, må ideen om en vannkraftstasjon forlates.

Produksjon av vannkraftverk basert på et vannhjul

Å montere “på det ene kneet” og bygge en koloss designet for å betjene et foretak eller et oppgjør til og med fra et dusin hus, er selvfølgelig en idé fra fantasiriket. Men å bygge en mini-vannkraftstasjon med egne hender for å spare strøm er ganske ekte. Dessuten kan du bruke både ferdige komponenter og improviserte materialer.

Derfor vurderer vi trinnvis produksjon av den enkleste strukturen - et vannhjul.

Nødvendige materialer og verktøy

For å lage en mini-hydroelektrisk stasjon med egne hender, må du forberede en sveisemaskin, en kvern, et drill og et sett hjelpeverktøy - en hammer, en skrutrekker, en linjal.

Fra materialene du trenger:

• Hjørner og plater med en tykkelse på minst 5 mm.
• Rør laget av PVC eller galvanisert stål for fremstilling av kniver.
• Generator (du kan bruke en ferdiglaget eller lage den selv, som i dette eksemplet).
• Bremseskiver.
• Skaft og lagre.
• Kryssfiner.
• Polystyrenharpiks for fylling av rotor og stator.
• 15 mm kobbertråd for en provisorisk generator.
• Neodym magneter.

Vær oppmerksom på at hjulutformingen kontinuerlig kommer i kontakt med vann, derfor må metall- og treelementer velges med beskyttelse mot fuktighet (eller ta vare på impregnering og maling av dem selv). Ideelt sett kan kryssfiner erstattes med plast, men tredeler er lettere å få og forme.

Hjulmontering og dyseproduksjon

Grunnlaget for selve hjulet kan være to stålskiver med samme diameter (hvis det er mulig å få en ståltrommel fra kabelen - fint, dette vil øke hastigheten på monteringsprosessen).

Men hvis det ikke ble funnet metall i materialene for hånden, er det mulig å skjære sirkler fra vanntett kryssfiner, selv om styrken og holdbarheten til selv behandlet tre ikke kan sammenlignes med stål. Så på en av diskene må du kutte et rundt hull for å installere generatoren.

Etter det er bladene laget, og de vil trenge minst 16 stk. For dette kuttes galvaniserte rør på langs i to eller fire deler (avhengig av diameter). Deretter må skjæreplassene og overflaten på selve bladene slipes for å redusere energitapet under friksjon.

Bladene er installert i en vinkel på omtrent 40-45 grader - dette vil bidra til å øke overflatearealet, som vil bli påvirket av strømningskraften

Avstanden mellom de to sideskivene skal være så nær bladlengden som mulig. For å skissere et sted for fremtidige knutepunkter, anbefales det å lage en mal av kryssfiner, hvor det skal angis et sted for hver del og et hull for feste av hjulet til generatoren. Klar merking kan festes på utsiden av en av stasjonene.

Deretter installeres sirklene parallelt med hverandre ved hjelp av heldekkede stenger, og bladene er sveiset eller festet med bolter i de ønskede stillingene. Trommelen vil rotere på lagre, og en ramme med hjørner eller rør med liten diameter brukes som støtte.

På dette stadiet kan trommelenheten betraktes som komplett, det gjenstår å utstyre den med en hjemmelaget generator og en dyse som styrer vannstrømmen

Dysen er designet for vannkilder av kaskadetypen - en slik installasjon vil tillate maksimal bruk av strømmen. Dette hjelpeelementet lages ved å bøye platemetall med påfølgende sveising av sømmene, og deretter monteres det på røret.

Imidlertid, hvis en flat elv renner i ditt område uten stryk og andre høyder i høyden, er denne detalj ikke nødvendig.

Det er viktig at bredden på dysens utløpshull tilsvarer bredden på selve hjulet, ellers vil deler av flyten gå på tomgang uten å komme på knivene

Nå må hjulet monteres på akselen og monteres på en støtte fra hjørnene som er sveiset eller boltet sammen. Det gjenstår å lage en generator (eller installere den klar), og du kan dra til elven.

DIY-generator

For å lage en hjemmelaget generator, må du lage en stator vikling og fylling, som du trenger spoler med 125 omdreininger av kobbertråd på hver. Etter å ha blitt sammen med dem, helles hele strukturen med polyesterharpiks.

Hver fase består av tre påfølgende festede spoler, slik at forbindelsen kan gjøres i form av en stjerne eller en trekant med flere eksterne ledninger

Nå må du utarbeide en kryssfinermal som samsvarer med størrelsen på bremseskiven.

Markeringer er laget på en trering og spalter er laget for å installere magneter (i dette tilfellet ble det brukt 1,3 cm tykke neodymmagneter, 2,5 cm brede og 5 cm lange). Da blir den resulterende rotoren også fylt med harpiks, og etter tørking er den festet til trommel på hjulet.

Vannhjul med bremseskiverotor og kobbertrådspole generator - malt, presentabel og klar til bruk

Det siste monterte aluminiumshuset med et ammeter, som dekker likeretterne. Oppgaven til disse elementene er å konvertere trefasestrøm til likestrøm.

Etter å ha installert hjulet i bekken av en liten elv med en kaskade eller omkjøringsrør, kan du stole på ytelsen til en mini-hydroelektrisk kraftstasjon ved 1,9A * 12V ved 110 omdreininger per minutt

For å forhindre at blader, sand og annet rusk som føres med strømmen faller inn i hjulet, anbefales det å plassere et beskyttelsesnett foran enheten.

Du kan også eksperimentere med gap mellom magneter og spoler med et økt antall svinger for å øke effektiviteten til vannkraftstasjonen.

Om alle typer alternative energikilder Du vil finne ut av det ved å lese artikkelen om å introdusere grønne teknologier i hverdagen.

Konklusjoner og nyttig video om emnet

Video nr. 1. Et eksempel på en fungerende hydraulisk installasjon med en egenprodusert generator basert på en trefaset motor:

Video nr. 2. Vanndrevet mini vannkraftverk:

Video nr. 3.En stasjon basert på et sykkelhjul er en interessant løsning på problemet med energiforsyning på ferie langt fra sivilisasjonen:

Som du kan se er det ikke så vanskelig å bygge et minikraftverk med egne hender. Men siden de fleste beregninger og parametere for dens komponenter bestemmes "av øye", bør man være forberedt på mulige sammenbrudd og tilhørende kostnader.

Hvis du føler mangel på kunnskap og erfaring på dette feltet, bør du stole på spesialistene som vil utføre alle nødvendige beregninger, gi råd om utstyret som er optimalt for din sak og installere det på en kvalitetsmessig måte.

Skriv kommentarer i blokken nedenfor. Del interessant informasjon og nyttige anbefalinger, legg igjen tematiske bilder. Kanskje du vil fortelle hvordan du bygde din egen vannkraftstasjon på en forstadsområde? Vi vil gjerne lese historien din om prosessen med enheten og betjeningen.