Gjør-det-selv vannkraftverk: hvordan bygge et autonomt minivannkraftverk

Kraften til vannstrømmen er en fornybar naturressurs som lar deg få tilnærmet gratis strøm.Energien som gis av naturen vil gi en mulighet til å spare på verktøy og løse problemet med å lade utstyr.

Hvis det er en bekk eller elv som renner i nærheten av hjemmet ditt, er det verdt å dra nytte av det. De vil kunne levere strøm til tomten og huset. Og hvis du bygger et vannkraftverk med egne hender, øker den økonomiske effekten betydelig.

Den presenterte artikkelen beskriver i detalj produksjonsteknologiene til private hydrauliske strukturer. Vi snakket om hva som kreves for å sette opp systemet og koble det til forbrukerne. Her vil du lære om alle alternativene for miniatyrenergileverandører satt sammen av skrapmaterialer.

Vannkraftverk for ikke-industrielle formål

Vannkraftverk er strukturer som kan konvertere energien fra vannbevegelse til elektrisitet. Alternative grønne energileverandører så langt blir de aktivt utnyttet bare i Vesten. I vårt land tar denne lovende industrien bare sine første engstelige skritt.

Små private vannkraftverk kan være demninger i store elver, som genererer fra ti til flere hundre megawatt, eller minivannkraftverk med en maksimal effekt på 100 kW, noe som er nok for behovene til et privat hjem. La oss finne ut mer om sistnevnte.

Garlandstasjon med hydrauliske skruer

Strukturen består av en kjede med rotorer festet til en fleksibel stålkabel strukket over elven. Selve kabelen spiller rollen som en rotasjonsaksel, hvor den ene enden er festet til støttelageret, og den andre aktiverer generatorakselen.

Hver hydraulisk rotor i "kransen" er i stand til å generere omtrent 2 kW energi, men vannstrømningshastigheten for dette må være minst 2,5 meter per sekund, og dybden på reservoaret bør ikke overstige 1,5 m.

Prinsippet for drift av en krans vannkraftverk er enkelt: vanntrykket spinner de hydrauliske skruene, som roterer kabelen og tvinger generatoren til å produsere energi

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

De er utstyrt med blader i forskjellige størrelser, laget av metallplater, og lar deg oppnå maksimal effektivitet fra driften av stasjonen.

Men selv om denne hydrogeneratoren er ganske enkel å produsere, krever driften en rekke spesielle forhold som ikke alltid er gjennomførbare i det virkelige liv. Slike strukturer blokkerer elvebunnen, og det er usannsynlig at naboene dine langs bredden, for ikke å nevne representanter for miljøtjenester, vil tillate deg å bruke strømmens energi til dine formål.

I tillegg, om vinteren, kan installasjonen bare brukes på ikke-frysende reservoarer, og i tøffe klimaer kan den bevares eller demonteres. Derfor blir kransstasjoner reist midlertidig og hovedsakelig i øde områder (for eksempel nær sommerbeite).

Rotasjonsstasjoner med en kapasitet på 1 til 15 kW/time genererer opptil 9,3 MW per måned og lar deg løse problemet med elektrifisering på egen hånd i regioner fjernt fra sentraliserte motorveier

En moderne analog av en kransinstallasjon er nedsenkbare eller flytende rammestasjoner med tverrgående rotorer. I motsetning til forgjengeren deres, blokkerer ikke disse strukturene hele elven, men bruker bare en del av elveleiet, og de kan installeres på en pongtong/flåte eller til og med senkes til bunnen av reservoaret.

Vertikal Daria-rotor

Darrieus-rotoren er en turbinanordning som ble oppkalt etter sin oppfinner i 1931. Systemet består av flere aerodynamiske blader festet på radielle bjelker og opererer ved differensialtrykk ved bruk av "løftvinge"-prinsippet, som er mye brukt i skipsbygging og luftfart.

Selv om slike installasjoner for det meste brukes til å lage vindgeneratorer, kan de også jobbe med vann. Men i dette tilfellet er det nødvendig med nøyaktige beregninger for å velge tykkelsen og bredden på bladene i samsvar med styrken på vannstrømmen.

Daria-rotoren ligner en "vindmølle", kun installert under vann, og den kan fungere uavhengig av sesongmessige svingninger i strømningshastigheten

Vertikale rotorer brukes sjelden til å lage lokale vannkraftverk. Til tross for de gode effektivitetsindikatorene og den tilsynelatende enkelheten i designet, er utstyret ganske komplisert å betjene.

Før arbeidet starter, må systemet "snurres opp", men bare frysing av reservoaret kan stoppe kjørestasjonen. Derfor brukes Darrieus-rotoren hovedsakelig i industribedrifter.

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

En betydelig fordel med boblebadstasjoner anses ganske riktig å være bevaring av fiskeressurser. Driften av en vertikal turbin skader ikke levende organismer i elven. I tillegg dveler ikke gjørme på veggene til strukturer på grunn av den spesifikke bevegelsen av vannstrømmen.

Undervanns skruepropell

Faktisk er dette den enkleste luftvindmøllen, bare den er installert under vann. Dimensjonene til bladene, for å sikre maksimal rotasjonshastighet og minimum motstand, beregnes avhengig av kraften i strømmen.For eksempel, hvis gjeldende hastighet ikke overstiger 2 m/sek, bør bladets bredde være innenfor 2-3 cm.

En undervannspropell er enkel å lage med egne hender, men den er kun egnet for dype og raske elver - i en grunne vannmasse kan roterende blader forårsake skade på fiskere, svømmere, vannfugler og dyr

En slik vindmølle er installert "mot" strømmen, men bladene fungerer ikke på grunn av trykket fra vanntrykket, men på grunn av genereringen av løftekraft (på prinsippet om en flyvinge eller en skipspropell).

Vannhjul med blader

Et vannhjul er en av de enkleste versjonene av en hydraulisk motor, kjent siden Romerrikets tid. Effektiviteten av driften avhenger i stor grad av typen kilde den er installert på.

Hellehjulet kan bare rotere på grunn av strømningshastigheten, og påfyllingshjulet kan bare rotere ved hjelp av trykket og vekten av vannet som faller ovenfra på bladene

Avhengig av dybden og bunnen av vassdraget, kan forskjellige typer hjul monteres:

• Saus (eller bunn) – egnet for grunne elver med rask strøm.
• Middels rekkevidde – ligger i kanaler med naturlige kaskader slik at strømmen faller omtrent midt i den roterende trommelen.
• Væske (eller overhead) – installeres under en demning, et rør eller i bunnen av en naturlig stryk slik at det fallende vannet fortsetter sin bane over toppen av hjulet.

Men driftsprinsippet for alle alternativer er det samme: vann faller på bladene og driver et hjul, noe som får generatoren til minikraftstasjonen til å rotere.

Produsenter av hydraulisk utstyr tilbyr ferdige turbiner, hvis blader er spesielt tilpasset en viss vannstrømningshastighet.Men hjemmehåndverkere lager trommestrukturer på gamlemåten - av skrapmaterialer.

Følgende bildevalg vil hjelpe deg med å bli kjent med trinnene for å konstruere den enkleste versjonen av et mini vannkraftverk:

Kanskje vil mangelen på optimalisering påvirke effektivitetsindikatorer, men kostnadene for hjemmelaget utstyr vil være flere ganger billigere enn en kjøpt analog. Derfor er et vannhjul det mest populære alternativet for å organisere din egen mini-vannkraftverk.

Vilkår for installasjon av vannkraftverk

Til tross for den fristende billigheten til energien som genereres av en hydrogenerator, er det viktig å ta hensyn til egenskapene til vannkilden hvis ressurser du planlegger å bruke til dine egne behov.

Tross alt er ikke alle vassdrag egnet for drift av et minivannkraftverk, spesielt året rundt, så det skader ikke å ha i reserve muligheten til å koble seg til en sentralisert hovedledning.

Noen få fordeler og ulemper

De viktigste fordelene med en individuell vannkraftstasjon er åpenbare: billig utstyr som genererer billig elektrisitet, og heller ikke skader naturen (i motsetning til demninger som blokkerer strømmen av en elv). Selv om systemet ikke kan kalles helt trygt, kan de roterende elementene i turbinene fortsatt forårsake skader på innbyggerne i undervannsverdenen og til og med mennesker.

For å unngå ulykker må vannkraftstasjonen inngjerdes, og dersom anlegget er helt skjult av vann skal det settes opp varselskilt i land.

Fordeler med mini-vannkraftverk:

1. I motsetning til andre "gratis" energikilder (solpaneler, vindgeneratorer), kan hydrauliske systemer fungere uavhengig av tid på døgnet og vær. Det eneste som kan stoppe dem er frysing av reservoaret.
2. For å installere en hydrogenerator er det ikke nødvendig å ha en stor elv - de samme vannhjulene kan med hell brukes selv i små (men raske!) bekker.
3. Enhetene slipper ikke ut skadelige stoffer, forurenser ikke vann og fungerer nesten lydløst.
4. For å installere et mini-vannkraftverk med en kapasitet på opptil 100 kW, trenger du ikke å få tillatelser (selv om alt avhenger av lokale myndigheter og type installasjon).
5. Overskuddsstrøm kan selges til nabohus.

Når det gjelder ulempene, kan utilstrekkelig strømstyrke bli en alvorlig hindring for den produktive driften av utstyret. I dette tilfellet vil det være nødvendig å bygge hjelpestrukturer, noe som medfører ekstra kostnader.

Hvis den potensielle energien til en nærliggende elv, basert på en omtrentlig beregning, ikke er nok til å generere elektrisitet i et volum tilstrekkelig for praktisk bruk, er det verdt å være oppmerksom på metoder for å konstruere vindgeneratorer. En vindmølle vil tjene som et effektivt tillegg.

Måling av styrken til vannstrømmen

Det første du må gjøre for å tenke på typen og metoden for installasjon av stasjonen er å måle hastigheten på vannstrømmen ved din favorittkilde.

Den enkleste måten er å senke en lett gjenstand (for eksempel en tennisball, et stykke skumplast eller en fiskeflott) ned på strykene og bruke en stoppeklokke for å måle tiden det tar før den svømmer avstanden til et landemerke. . Standardavstanden for "svømming" er 10 meter.

Hvis reservoaret er plassert langt fra huset, kan du bygge en avledningskanal eller rørledning, og samtidig ta vare på høydeforskjeller

Nå må du dele den tilbakelagte avstanden i meter med antall sekunder - dette vil være hastigheten til strømmen.Men hvis den resulterende verdien er mindre enn 1 m/sek, vil det være nødvendig å sette opp kunstige strukturer for å få fart på strømmen på grunn av høydeendringer.

Dette kan gjøres ved hjelp av en sammenleggbar dam eller et smalt avløpsrør. Men uten god flyt, må ideen om en vannkraftstasjon forlates.

Produksjon av vannkraftverk basert på et vannhjul

Å sette sammen og sette opp en koloss designet for å tjene et foretak eller bosetning på til og med et dusin hus er en idé fra science fiction-området. Men å bygge en mini-vannkraftstasjon med egne hender for å spare strøm er fullt mulig. Dessuten kan du bruke både ferdige komponenter og improviserte materialer.

Derfor vil vi vurdere trinnvis fremstillingen av den enkleste strukturen - et vannhjul.

Nødvendige materialer og verktøy

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

Materialer du trenger:

• Hjørner og metallplater med en tykkelse på minst 5 mm.
• PVC eller galvanisert stålrør for å lage blader.
• Generator (du kan bruke en ferdig eller lage den selv, som i dette eksemplet).
• Bremseskiver.
• Aksel og lagre.
• Kryssfiner.
• Polystyrenharpiks for støping av rotor og stator.
• 15 mm kobbertråd for en hjemmelaget generator.
• Neodym magneter.

Vær oppmerksom på at hjulstrukturen hele tiden vil være i kontakt med vann, så metall- og treelementer må velges med beskyttelse mot fuktighet (eller ta vare på impregnering og maling selv). Ideelt sett kan kryssfiner erstattes med plast, men tredeler er lettere å få tak i og forme til ønsket form.

Hjulmontering og dyseproduksjon

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

Men hvis metall ikke finnes i materialene som er tilgjengelig, kan du kutte sirkler fra vanntett kryssfiner, selv om styrken og levetiden til selv behandlet tre ikke kan sammenlignes med stål. Deretter må du kutte et rundt hull på en av diskene for å installere generatoren.

Etter dette er bladene laget, og det vil være behov for minst 16 stykker. For å gjøre dette kuttes galvaniserte rør på langs i to eller fire deler (avhengig av diameteren). Deretter må skjæreområdene og overflaten på selve bladene poleres for å redusere energitapet på grunn av friksjon.

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

Avstanden mellom de to sideskivene bør være så nærme som mulig bladlengden. For å markere plasseringen for fremtidige nav, anbefales det å lage en mal fra kryssfiner, som markerer plasseringen for hver del og hullet for å feste hjulet til generatoren. De ferdige merkingene kan festes på utsiden av en av skivene.

Sirklene installeres deretter parallelt med hverandre ved hjelp av solide gjengestenger, og bladene sveises eller boltes i ønskede posisjoner. Trommelen vil rotere på lagre, og en ramme laget av vinkler eller rør med liten diameter brukes som støtte.

På dette stadiet kan monteringen av trommelen betraktes som fullført; alt som gjenstår er å utstyre den med en hjemmelaget generator og en dyse som styrer vannstrømmen

Dysen er designet for vannkilder av kaskade - en slik installasjon vil tillate deg å bruke strømningsenergien maksimalt. Dette hjelpeelementet er laget ved å bøye metallplater, etterfulgt av sveising av sømmene, og deretter montert på et rør.

Men hvis området ditt har en flat elv uten stryk eller andre hindringer i høyden, er denne detaljen ikke nødvendig.

Det er viktig at bredden på dyseutløpet tilsvarer bredden på selve hjulet, ellers vil en del av strømmen gå "tomgang" og ikke nå bladene

Nå må hjulet monteres på akselen og monteres på en støtte laget av sveisede eller boltede hjørner. Alt som gjenstår er å lage en generator (eller installere en ferdig) og du kan gå til elven.

DIY generator

For å lage en hjemmelaget generator, må du vikle og fylle statoren, som du trenger spoler med 125 omdreininger med kobbertråd på hver. Etter å ha koblet dem, er hele strukturen fylt med polyesterharpiks.

Hver fase består av tre nøster festet i serie, slik at forbindelsen kan lages i form av en stjerne eller trekant med flere eksterne ledninger

Nå må du forberede en kryssfinermal som passer til størrelsen på bremseskiven.

Markeringer er laget på treringen og spor er laget for montering av magneter (i dette tilfellet ble neodymmagneter 1,3 cm tykke, 2,5 cm brede og 5 cm lange brukt). Deretter er den resulterende rotoren også fylt med harpiks, og etter tørking festes den til hjultrommelen.

Vannhjul med en rotor laget av bremseskiver og en generator laget av spoler av kobbertråd - malt, presentabel og klar til bruk

Den siste tingen å installere er et aluminiumshus med et amperemeter som dekker likeretterne. Oppgaven til disse elementene er å konvertere trefasestrøm til likestrøm.

Etter å ha installert hjulet i strømmen av en liten elv med en kaskade eller utløpsrør, kan du stole på en mini-vannkraftverk ytelse på 1,9A * 12V ved 110 rpm

For å forhindre at løv, sand og annet rusk som kommer med strømmen kommer inn i hjulet, er det tilrådelig å plassere et beskyttende nett foran enheten.

Du kan også eksperimentere med gapene mellom magnetene og spolene med økt antall omdreininger for å øke effektiviteten til den hydrauliske stasjonen.

Om alle typer alternative energikilder Du vil finne ut av det ved å lese artikkelen dedikert til introduksjonen av "grønne teknologier" i hverdagen.

Konklusjoner og nyttig video om temaet

Video #1. Et eksempel på en fungerende hydraulisk installasjon med en hjemmelaget generator basert på en trefasemotor:

Video #2. Mini-vannkraftverk, designet etter prinsippet om et vannhjul:

Video #3. En stasjon basert på et sykkelhjul er et interessant alternativ for å løse problemet med energiforsyning på ferie langt fra sivilisasjonen:

Som du kan se, er det ikke så vanskelig å bygge en vann-minikraftstasjon med egne hender. Men siden de fleste av beregningene og parametrene for komponentene bestemmes "etter øye", bør du være forberedt på mulige sammenbrudd og tilhørende kostnader.

Hvis du føler mangel på kunnskap og erfaring på dette området, bør du stole på spesialister som vil utføre alle nødvendige beregninger, anbefale det optimale utstyret for din sak og installere det effektivt.

Skriv kommentarer i blokken nedenfor. Del interessant informasjon og nyttige anbefalinger, legg igjen tematiske bilder.Kanskje du vil fortelle oss hvordan du bygde et fungerende vannkraftverk på en forstadstomt med egne hender? Vi vil gjerne lese historien din om enhetens prosess og drift.