Vodná elektráreň Urob si sám: ako postaviť autonómnu mini vodnú elektráreň

Sila vodného toku je obnoviteľný prírodný zdroj, ktorý umožňuje získať elektrinu prakticky zadarmo.Energia darovaná prírodou poskytne príležitosť ušetriť na energii a vyriešiť problém s dobíjaním zariadení.

Ak v blízkosti vášho domova tečie potok alebo rieka, oplatí sa to využiť. Budú môcť zabezpečiť elektrinu na mieste a v dome. A ak postavíte vodnú elektráreň vlastnými rukami, ekonomický efekt sa výrazne zvýši.

Predložený článok podrobne popisuje výrobné technológie súkromných hydraulických konštrukcií. Hovorili sme o tom, čo je potrebné na nastavenie systému a jeho pripojenie k spotrebiteľom. Tu sa dozviete o všetkých možnostiach miniatúrnych dodávateľov energie zostavených zo šrotu.

Vodné elektrárne na iné ako priemyselné účely

Vodné elektrárne sú stavby, ktoré dokážu premieňať energiu pohybu vody na elektrickú energiu. Alternatívni dodávatelia zelenej energie zatiaľ sú aktívne využívané len na západe. U nás toto perspektívne odvetvie robí len prvé nesmelé krôčiky.

Malými súkromnými vodnými elektrárňami môžu byť priehrady na veľkých riekach, ktoré generujú od desať do niekoľko stoviek megawattov, alebo mini vodné elektrárne s maximálnym výkonom 100 kW, čo pre potreby súkromného domu úplne postačuje. Dozvieme sa viac o tom druhom.

Garlandová stanica s hydraulickými skrutkami

Konštrukcia pozostáva z reťaze rotorov pripevnených k flexibilnému oceľovému lanku natiahnutému cez rieku. Samotný kábel hrá úlohu rotačného hriadeľa, ktorého jeden koniec je upevnený na nosnom ložisku a druhý aktivuje hriadeľ generátora.

Každý hydraulický rotor „girlandy“ je schopný generovať asi 2 kW energie, rýchlosť prúdenia vody však musí byť aspoň 2,5 metra za sekundu a hĺbka nádrže by nemala presiahnuť 1,5 m.

Princíp činnosti girlandovej vodnej elektrárne je jednoduchý: tlak vody roztáča hydraulické skrutky, ktoré otáčajú káblom a nútia generátor vyrábať energiu

Garlandové stanice sa úspešne používali už v polovici minulého storočia, ale úlohu vrtúľ vtedy zohrali domáce vrtule a dokonca aj plechové dózy. Dnes výrobcovia ponúkajú niekoľko typov rotorov pre rôzne prevádzkové podmienky.

Sú vybavené čepeľami rôznych veľkostí vyrobenými z plechu a umožňujú získať maximálnu efektivitu z prevádzky stanice.

Ale hoci je tento hydrogenerátor pomerne jednoduchý na výrobu, jeho prevádzka vyžaduje množstvo špeciálnych podmienok, ktoré nie sú vždy realizovateľné v reálnom živote. Takéto štruktúry blokujú koryto rieky a je nepravdepodobné, že vaši susedia pozdĺž brehu, nehovoriac o predstaviteľoch environmentálnych služieb, vám umožnia využiť energiu potoka na vaše účely.

Okrem toho v zime môže byť inštalácia použitá iba na nemrznúcich nádržiach a v drsnom podnebí je možné ju konzervovať alebo demontovať. Preto sa girlandové stanice stavajú dočasne a hlavne v opustených oblastiach (napríklad v blízkosti letných pasienkov).

Rotačné stanice s výkonom 1 až 15 kW/hod generujú až 9,3 MW za mesiac a umožňujú samostatne riešiť problém elektrifikácie v regiónoch vzdialených od centralizovaných diaľnic

Moderným analógom girlandovej inštalácie sú ponorné alebo plávajúce rámové stanice s priečnymi rotormi. Na rozdiel od ich girlandového predchodcu tieto konštrukcie neblokujú celú rieku, ale využívajú len časť koryta a môžu byť inštalované na pontóne/rafte alebo dokonca spustené na dno nádrže.

Vertikálny rotor Daria

Rotor Darrieus je turbínové zariadenie, ktoré bolo pomenované po svojom vynálezcovi v roku 1931. Systém pozostáva z niekoľkých aerodynamických lopatiek upevnených na radiálnych nosníkoch a funguje na základe rozdielu tlaku pomocou princípu „zdvíhacieho krídla“, ktorý je široko používaný v lodiarstve a letectve.

Aj keď sa takéto inštalácie väčšinou používajú na vytváranie veterných generátorov, môžu pracovať aj s vodou. V tomto prípade sú však potrebné presné výpočty na výber hrúbky a šírky lopatiek v súlade so silou prúdu vody.

Rotor Daria pripomína „veterný mlyn“, inštalovaný iba pod vodou a môže fungovať bez ohľadu na sezónne výkyvy rýchlosti prúdenia

Vertikálne rotory sa zriedka používajú na vytváranie miestnych vodných elektrární. Napriek dobrým ukazovateľom účinnosti a zjavnej jednoduchosti dizajnu je prevádzka zariadenia pomerne zložitá.

Pred začatím práce je potrebné systém „roztočiť“, ale iba zamrznutie nádrže môže zastaviť chod stanice. Preto sa rotor Darrieus používa hlavne v priemyselných podnikoch.

Zaujímavé riešenie v oblasti projektovania malých vodných elektrární s vertikálne pracujúcou turbínou navrhol rakúsky vynálezca Franz Zotleterer:

Za významnú výhodu vírivých staníc sa celkom oprávnene považuje zachovanie zdrojov rýb. Prevádzka vertikálnej turbíny nepoškodzuje živé organizmy rieky. Navyše blato nezostáva na stenách konštrukcií v dôsledku špecifického pohybu vodného toku.

Podvodná skrutková vrtuľa

V skutočnosti je to najjednoduchší vzduchový veterný mlyn, je inštalovaný iba pod vodou. Rozmery lopatiek, aby sa zabezpečila maximálna rýchlosť otáčania a minimálny odpor, sú vypočítané v závislosti od sily prúdenia.Napríklad, ak aktuálna rýchlosť nepresahuje 2 m/s, potom by mala byť šírka čepele v rozmedzí 2-3 cm.

Podvodná vrtuľa sa dá ľahko vyrobiť vlastnými rukami, ale je vhodná len pre hlboké a rýchle rieky - v plytkej vode môžu rotujúce lopatky spôsobiť zranenie rybárom, plavcom, vodným vtákom a zvieratám

Takýto veterný mlyn je inštalovaný „smerom“ k prúdu, ale jeho lopatky nefungujú v dôsledku tlaku tlaku vody, ale v dôsledku vytvárania zdvíhacej sily (na princípe krídla lietadla alebo lodnej vrtule).

Vodné koleso s lopatkami

Vodné koleso je jednou z najjednoduchších verzií hydraulického motora, známeho už z čias Rímskej ríše. Efektívnosť jeho prevádzky do značnej miery závisí od typu zdroja, na ktorom je inštalovaný.

Nalievacie koleso sa môže otáčať iba vďaka rýchlosti prúdenia a plniace koleso sa môže otáčať iba pomocou tlaku a hmotnosti vody padajúcej zhora na lopatky

V závislosti od hĺbky a dna vodného toku je možné inštalovať rôzne typy kolies:

• Omáčka (alebo spodná časť) – vhodné pre plytké rieky s rýchlym prúdom.
• Stredný rozsah – sú umiestnené v kanáloch s prirodzenými kaskádami tak, že prúdenie padá približne do stredu rotujúceho bubna.
• Kvapalina (alebo nad hlavou) – sú inštalované pod hrádzou, potrubím alebo na dne prírodnej pereje tak, aby padajúca voda pokračovala vo svojej dráhe cez hornú časť kolesa.

Princíp činnosti všetkých možností je však rovnaký: voda padá na lopatky a poháňa koleso, čo spôsobuje, že sa generátor minielektrárne otáča.

Výrobcovia hydraulických zariadení ponúkajú už hotové turbíny, ktorých lopatky sú špeciálne prispôsobené na určitú rýchlosť prúdenia vody.Ale domáci remeselníci vyrábajú bubnové konštrukcie staromódnym spôsobom - zo šrotu.

Nasledujúci výber fotografií vám pomôže zoznámiť sa s krokmi výstavby najjednoduchšej verzie mini vodnej elektrárne:

Možno nedostatok optimalizácie ovplyvní ukazovatele účinnosti, ale náklady na domáce zariadenie budú niekoľkonásobne lacnejšie ako zakúpený analóg. Preto je vodné koleso najobľúbenejšou možnosťou na usporiadanie vlastnej mini-vodnej elektrárne.

Podmienky pre inštaláciu vodnej elektrárne

Napriek lákavej lacnosti energie generovanej hydrogenerátorom je dôležité vziať do úvahy vlastnosti vodného zdroja, ktorého zdroje plánujete využiť pre svoje potreby.

Nie každý vodný tok je totiž vhodný na prevádzku minivodnej elektrárne, najmä celoročne, preto nezaškodí mať v zálohe možnosť napojenia na centralizovaný hlavný ťah.

Pár pre a proti

Hlavné výhody individuálnej vodnej elektrárne sú zrejmé: lacné zariadenie, ktoré vyrába lacnú elektrinu a tiež nepoškodzuje prírodu (na rozdiel od priehrad, ktoré blokujú tok rieky). Hoci systém nemožno nazvať absolútne bezpečným, rotujúce prvky turbín môžu stále spôsobiť zranenia obyvateľom podmorského sveta a dokonca aj ľuďom.

Aby sa predišlo nehodám, vodná elektráreň musí byť oplotená a ak je systém úplne skrytý vodou, musí byť na brehu inštalovaná výstražná tabuľa

Výhody malých vodných elektrární:

1. Na rozdiel od iných „bezplatných“ zdrojov energie (solárne panely, veterné generátory) môžu hydraulické systémy fungovať bez ohľadu na dennú dobu a počasie. Jediná vec, ktorá ich môže zastaviť, je zamrznutie nádrže.
2. Na inštaláciu hydrogenerátora nie je potrebné mať veľkú rieku - rovnaké vodné kolesá možno úspešne použiť aj v malých (ale rýchlych!) tokoch.
3. Jednotky nevypúšťajú škodlivé látky, neznečisťujú vodu a pracujú takmer ticho.
4. Na inštaláciu mini-vodnej elektrárne s výkonom do 100 kW nie je potrebné získať povolenia (hoci všetko závisí od miestnych úradov a typu inštalácie).
5. Prebytočnú elektrinu je možné predať do susedných domov.

Pokiaľ ide o nevýhody, nedostatočná prúdová sila sa môže stať vážnou prekážkou produktívnej prevádzky zariadenia. V tomto prípade bude potrebné vybudovať pomocné konštrukcie, čo so sebou prináša dodatočné náklady.

Ak potenciálna energia blízkej rieky na základe približného výpočtu nestačí na výrobu elektriny v objeme dostatočnom na praktické využitie, stojí za to venovať pozornosť metódy konštrukcie veterných generátorov. Ako efektívny doplnok poslúži veterný mlyn.

Meranie sily prúdenia vody

Prvá vec, ktorú musíte urobiť, aby ste sa zamysleli nad typom a spôsobom inštalácie stanice, je meranie rýchlosti prúdenia vody na vašom obľúbenom zdroji.

Najjednoduchším spôsobom je spustiť akýkoľvek ľahký predmet (napríklad tenisovú loptičku, kus penového plastu alebo rybársky plavák) na pereje a pomocou stopiek zmerať čas, ktorý mu trvá preplávať vzdialenosť k nejakému orientačnému bodu. . Štandardná vzdialenosť pre „plávanie“ je 10 metrov.

Ak sa nádrž nachádza ďaleko od domu, môžete vybudovať odvádzací kanál alebo potrubie a zároveň sa postarať o výškové rozdiely

Teraz musíte vydeliť prejdenú vzdialenosť v metroch počtom sekúnd - to bude rýchlosť prúdu.Ak je však výsledná hodnota menšia ako 1 m/s, bude potrebné postaviť umelé konštrukcie na zrýchlenie toku v dôsledku zmien nadmorskej výšky.

To sa dá dosiahnuť pomocou skladacej priehrady alebo úzkeho odtokového potrubia. Ale bez dobrého prietoku sa bude musieť myšlienka vodnej elektrárne opustiť.

Výroba vodnej elektrárne na vodnom kolese

Zložiť a postaviť kolos, ktorý má slúžiť podniku či osade čo i len tucta domov, je samozrejme nápad z oblasti sci-fi. Ale postaviť mini-vodnú elektráreň vlastnými rukami na úsporu elektriny je celkom možné. Okrem toho môžete použiť hotové komponenty aj improvizované materiály.

Preto krok za krokom zvážime výrobu najjednoduchšej konštrukcie - vodného kolesa.

Potrebné materiály a nástroje

Ak chcete vyrobiť mini-vodnú elektráreň vlastnými rukami, musíte si pripraviť zvárací stroj, uhlovú brúsku, vŕtačku a sadu pomocných nástrojov - kladivo, skrutkovač, pravítko.

Materiály, ktoré budete potrebovať:

• Rohy a plech s hrúbkou minimálne 5 mm.
• Rúry z PVC alebo pozinkovanej ocele na výrobu čepelí.
• Generátor (môžete použiť hotový alebo si ho vyrobiť sami, ako v tomto príklade).
• Brzdové kotúče.
• Hriadeľ a ložiská.
• Preglejka.
• Polystyrénová živica na odlievanie rotora a statora.
• 15 mm medený drôt pre domáci generátor.
• Neodymové magnety.

Upozorňujeme, že konštrukcia kolesa bude neustále v kontakte s vodou, preto je potrebné kovové a drevené prvky vyberať s ochranou pred vlhkosťou (alebo sa postarať o impregnáciu a náter sami). V ideálnom prípade sa dá preglejka nahradiť plastom, ale drevené časti sa dajú ľahšie získať a vytvarovať do požadovaného tvaru.

Montáž kolies a výroba trysiek

Základom pre samotné koleso môžu byť dva oceľové disky rovnakého priemeru (ak je možné oceľový bubon získať z kábla - skvelé, výrazne to urýchli proces montáže).

Ak sa však v materiáloch nenachádza kov, môžete vyrezať kruhy z nepremokavej preglejky, hoci pevnosť a životnosť dokonca ošetreného dreva nemožno porovnávať s oceľou. Potom musíte na jednom z diskov vyrezať okrúhly otvor na inštaláciu generátora.

Potom sa vyrobia čepele a bude potrebných najmenej 16 kusov. Na tento účel sa pozinkované rúry pozdĺžne rozrežú na dve alebo štyri časti (v závislosti od priemeru). Potom musia byť rezné plochy a povrch samotných nožov vyleštené, aby sa znížili straty energie v dôsledku trenia.

Čepele sú inštalované pod uhlom približne 40-45 stupňov - to pomôže zväčšiť povrch, ktorý bude ovplyvnený prietokovou silou

Vzdialenosť medzi dvoma bočnými kotúčmi by mala byť čo najbližšie k dĺžke nožov. Na označenie miesta pre budúce náboje sa odporúča vyrobiť šablónu z preglejky, na ktorej bude vyznačené umiestnenie pre každý diel a otvor na upevnenie kolesa na generátor. Hotové značky môžu byť pripevnené na vonkajšiu stranu jedného z diskov.

Kruhy sa potom inštalujú paralelne k sebe pomocou pevných závitových tyčí a čepele sa privaria alebo priskrutkujú v požadovaných polohách. Bubon sa bude otáčať na ložiskách a ako podpera sa používa rám vyrobený z uhlov alebo rúrok s malým priemerom.

V tomto štádiu možno montáž bubna považovať za dokončenú, zostáva len vybaviť ho domácim generátorom a tryskou, ktorá usmerňuje prúd vody.

Tryska je určená pre vodné zdroje kaskádového typu - takáto inštalácia vám umožní využiť energiu prúdenia na maximum. Tento pomocný prvok sa vyrába ohýbaním plechu, po ktorom nasleduje zváranie švíkov a potom sa namontuje na potrubie.

Ak sa však vo vašej oblasti nachádza plochá rieka bez perejí či iných vysokohorských prekážok, tento detail nie je potrebný.

Je dôležité, aby šírka výstupu dýzy zodpovedala šírke samotného kolesa, inak časť prúdu pôjde „naprázdno“ a nedosiahne lopatky

Teraz je potrebné namontovať koleso na nápravu a namontovať na podperu vyrobenú zo zváraných alebo skrutkovaných rohov. Ostáva už len vyrobiť generátor (alebo nainštalovať hotový) a môžete ísť k rieke.

DIY generátor

Ak chcete vyrobiť domáci generátor, musíte navinúť a naplniť stator, na ktorý budete potrebovať cievky so 125 závitmi medeného drôtu. Po ich spojení sa celá konštrukcia vyplní polyesterovou živicou.

Každá fáza pozostáva z troch pradien zapojených do série, takže spojenie môže byť vytvorené v tvare hviezdy alebo trojuholníka s niekoľkými vonkajšími prívodmi

Teraz musíte pripraviť preglejkovú šablónu, ktorá zodpovedá veľkosti brzdového kotúča.

Na drevenom krúžku sú značky a drážky na inštaláciu magnetov (v tomto prípade boli použité neodýmové magnety s hrúbkou 1,3 cm, šírkou 2,5 cm a dĺžkou 5 cm). Potom sa aj výsledný rotor naplní živicou a po vysušení sa pripevní na bubon kolesa.

Vodné koleso s rotorom vyrobeným z brzdových kotúčov a generátorom vyrobeným z cievok medeného drôtu - lakované, reprezentatívne a pripravené na použitie

Poslednou vecou na inštaláciu je hliníkový kryt s ampérmetrom prekrývajúci usmerňovače. Úlohou týchto prvkov je premieňať trojfázový prúd na jednosmerný prúd.

Po inštalácii kolesa do toku riečky s kaskádou alebo výstupným potrubím môžete počítať s výkonom mini-vodnej elektrárne 1,9A * 12V pri 110 ot./min.

Aby sa do kolesa nedostalo lístie, piesok a iné nečistoty prinesené prúdom, je vhodné umiestniť pred zariadenie ochrannú sieť.

Môžete tiež experimentovať s medzerami medzi magnetmi a cievkami so zvýšeným počtom závitov, aby ste zvýšili účinnosť hydraulickej stanice.

O všetkých typoch alternatívne zdroje energie Dozviete sa v článku venovanom zavádzaniu „zelených technológií“ do každodenného života.

Závery a užitočné video na túto tému

Video #1. Príklad pracovnej hydraulickej inštalácie s domácim generátorom na báze trojfázového motora:

Video č. 2. Mini vodná elektráreň, navrhnutá na princípe vodného kolesa:

Video č. 3. Stanica založená na kolese bicykla je zaujímavou možnosťou riešenia problému zásobovania energiou na dovolenke ďaleko od civilizácie:

Ako vidíte, postaviť vodnú mini-elektráreň vlastnými rukami nie je také ťažké. Ale keďže väčšina výpočtov a parametrov pre jeho komponenty sa určuje „od oka“, mali by ste byť pripravení na možné poruchy a súvisiace náklady.

Ak cítite nedostatok vedomostí a skúseností v tejto oblasti, mali by ste dôverovať špecialistom, ktorí vykonajú všetky potrebné výpočty, odporučia optimálne vybavenie pre váš prípad a efektívne ho nainštalujú.

Komentáre napíšte do bloku nižšie. Zdieľajte zaujímavé informácie a užitočné odporúčania, nechajte tematické fotografie.Možno nám chcete povedať, ako ste vlastnými rukami postavili fungujúcu vodnú elektráreň na predmestskom pozemku? Radi si prečítame váš príbeh o procese a prevádzke zariadenia.