Направи си сам водноелектрическа централа: как да изградим автономна мини водноелектрическа централа

Силата на водния поток е възобновяем природен ресурс, който ви позволява да получавате практически безплатно електричество.Енергията, дарена от природата, ще осигури възможност за спестяване на комунални услуги и решаване на проблема с презареждането на оборудването.

Ако близо до вашия дом тече поток или река, струва си да се възползвате от него. Те ще могат да осигурят електричество на обекта и къщата. И ако изградите водноелектрическа централа със собствените си ръце, икономическият ефект се увеличава значително.

Представената статия описва подробно технологиите за производство на частни хидротехнически съоръжения. Говорихме какво е необходимо, за да настроим системата и да я свържем с потребителите. Тук ще научите за всички опции за миниатюрни доставчици на енергия, сглобени от скрап материали.

Водноелектрически централи за непромишлени цели

Водноелектрическите централи са структури, които могат да преобразуват енергията от движението на водата в електричество. Алтернативни доставчици на зелена енергия засега се експлоатират активно само на запад. У нас този перспективен отрасъл прави едва първите си плахи стъпки.

Малките частни водноелектрически централи могат да бъдат язовири на големи реки, генериращи от десет до няколкостотин мегавата, или мини водноелектрически централи с максимална мощност от 100 kW, което е напълно достатъчно за нуждите на частен дом. Нека разберем повече за последното.

Гирляндна станция с хидравлични винтове

Конструкцията се състои от верига от ротори, прикрепени към гъвкав стоманен кабел, опънат през реката. Самият кабел играе ролята на въртящ се вал, единият край на който е фиксиран върху опорния лагер, а другият задейства вала на генератора.

Всеки хидравличен ротор на „гирляндата“ е в състояние да генерира около 2 kW енергия, но скоростта на водния поток за това трябва да бъде най-малко 2,5 метра в секунда, а дълбочината на резервоара не трябва да надвишава 1,5 m.

Принципът на работа на гирляндна водноелектрическа централа е прост: налягането на водата завърта хидравличните винтове, които въртят кабела и принуждават генератора да произвежда енергия

Гарландските станции бяха успешно използвани още в средата на миналия век, но ролята на витла тогава се играеше от домашни витла и дори консервни кутии. Днес производителите предлагат няколко вида ротори за различни условия на работа.

Те са оборудвани с ножове с различни размери, изработени от ламарина, и ви позволяват да получите максимална ефективност от работата на станцията.

Но въпреки че този хидрогенератор е доста лесен за производство, работата му изисква редица специални условия, които не винаги са осъществими в реалния живот. Такива конструкции блокират речното корито и е малко вероятно вашите съседи по брега, да не говорим за представители на екологичните служби, ще ви позволят да използвате енергията на потока за вашите цели.

Освен това през зимата инсталацията може да се използва само в незамръзващи резервоари, а в суров климат може да бъде консервирана или демонтирана. Следователно гирляндните станции се издигат временно и главно в пусти райони (например близо до летни пасища).

Ротационните станции с капацитет от 1 до 15 kW / час генерират до 9,3 MW на месец и ви позволяват самостоятелно да решавате проблема с електрификацията в региони, отдалечени от централизирани магистрали

Модерен аналог на гирляндна инсталация са потопяеми или плаващи рамкови станции с напречни ротори. За разлика от гирляндния си предшественик, тези конструкции не блокират цялата река, а използват само част от речното корито и могат да бъдат монтирани на понтон/сал или дори спуснати до дъното на резервоара.

Вертикален ротор Daria

Роторът на Darrieus е турбинно устройство, което е кръстено на своя изобретател през 1931 г. Системата се състои от няколко аеродинамични лопатки, фиксирани върху радиални греди, и работи чрез диференциално налягане, използвайки принципа на „повдигащото се крило“, който се използва широко в корабостроенето и авиацията.

Въпреки че такива инсталации се използват най-вече за създаване на вятърни генератори, те могат да работят и с вода. Но в този случай са необходими точни изчисления, за да се избере дебелината и ширината на лопатките в съответствие със силата на водния поток.

Роторът Daria прилича на „вятърна мелница“, инсталирана само под вода и може да работи независимо от сезонните колебания в скоростта на потока

Вертикалните ротори рядко се използват за създаване на местни водноелектрически централи. Въпреки добрите показатели за ефективност и очевидната простота на дизайна, оборудването е доста сложно за работа.

Преди да започнете работа, системата трябва да се „завърти“, но само замръзването на резервоара може да спре работещата станция. Следователно роторът на Darrieus се използва главно в промишлени предприятия.

Интересно решение в областта на проектирането на малки водноелектрически централи с вертикално работеща турбина беше предложено от австрийския изобретател Франц Зотлетерер:

Значително предимство на хидромасажните станции с право се счита за опазването на рибните ресурси. Работата на вертикална турбина не вреди на живите организми на реката. Освен това калта не се задържа по стените на конструкциите поради специфичното движение на водния поток.

Подводен винтов винт

Всъщност това е най-простата въздушна вятърна мелница, само че е инсталирана под вода. Размерите на лопатките, за да се осигури максимална скорост на въртене и минимално съпротивление, се изчисляват в зависимост от силата на потока.Например, ако текущата скорост не надвишава 2 m/sec, тогава ширината на острието трябва да бъде в рамките на 2-3 cm.

Подводно витло е лесно да се направи със собствените ви ръце, но е подходящо само за дълбоки и бързи реки - в плитко водно тяло въртящите се лопатки могат да причинят нараняване на рибари, плувци, водолюбиви птици и животни

Такава вятърна мелница е инсталирана „към“ потока, но нейните остриета работят не поради натиска на водното налягане, а поради генерирането на повдигаща сила (на принципа на крилото на самолет или витлото на кораба).

Водно колело с лопатки

Водното колело е един от най-простите варианти на хидравличен двигател, известен още от времето на Римската империя. Ефективността на работата му до голяма степен зависи от вида на източника, на който е инсталиран.

Колелото за изливане може да се върти само поради скоростта на потока, а колелото за пълнене може да се върти само с помощта на налягането и теглото на водата, падаща отгоре върху лопатките

В зависимост от дълбочината и коритото на коритото могат да се монтират различни видове колела:

• Сос (или дъно) – подходящ за плитки реки с бързо течение.
• Среден обсег – разположени са в канали с естествени каскади, така че потокът да попада приблизително в средата на въртящия се барабан.
• Течност (или режийни) – монтират се под язовир, тръба или на дъното на естествен бързей, така че падащата вода да продължи пътя си над горната част на колелото.

Но принципът на работа за всички опции е един и същ: водата пада върху лопатките и задвижва колело, което кара генератора за мини електроцентралата да се върти.

Производителите на хидравлично оборудване предлагат готови турбини, чиито лопатки са специално адаптирани към определена скорост на водния поток.Но домашните занаятчии правят барабанни структури по старомодния начин - от скрап материали.

Следната селекция от снимки ще ви помогне да се запознаете със стъпките за изграждане на най-простата версия на мини водноелектрическа централа:

Може би липсата на оптимизация ще повлияе на показателите за ефективност, но цената на домашното оборудване ще бъде няколко пъти по-евтина от закупения аналог. Следователно водното колело е най-популярният вариант за организиране на собствена мини водноелектрическа централа.

Условия за изграждане на водноелектрическа централа

Въпреки примамливата евтиност на енергията, генерирана от хидрогенератор, важно е да се вземат предвид характеристиките на водоизточника, чиито ресурси планирате да използвате за собствените си нужди.

В края на краищата, не всеки воден поток е подходящ за експлоатация на мини водноелектрическа централа, особено през цялата година, така че не боли да имате в резерв възможността за свързване към централизирана главна линия.

Няколко плюсове и минуси

Основните предимства на отделната водноелектрическа централа са очевидни: евтино оборудване, което генерира евтина електроенергия и също така не вреди на природата (за разлика от язовирите, които блокират течението на река). Въпреки че системата не може да се нарече абсолютно безопасна, въртящите се елементи на турбините все пак могат да причинят наранявания на обитателите на подводния свят и дори на хората.

За да се предотвратят аварии, водноелектрическата централа трябва да бъде оградена, а ако системата е напълно скрита от вода, трябва да се постави предупредителен знак на брега

Предимства на мини водноелектрическите централи:

1. За разлика от други „безплатни“ източници на енергия (слънчеви панели, вятърни генератори), хидравличните системи могат да работят независимо от времето на деня и времето. Единственото, което може да ги спре, е замръзването на резервоара.
2. За да инсталирате хидрогенератор, не е необходимо да имате голяма река - същите водни колела могат успешно да се използват дори в малки (но бързи!) Потоци.
3. Уредите не отделят вредни вещества, не замърсяват водата и работят почти безшумно.
4. За да инсталирате мини водноелектрическа централа с мощност до 100 kW, не е необходимо да получавате разрешителни (въпреки че всичко зависи от местните власти и вида на инсталацията).
5. Излишната електроенергия може да се продава на съседни къщи.

Що се отнася до недостатъците, недостатъчната сила на тока може да се превърне в сериозна пречка за продуктивната работа на оборудването. В този случай ще е необходимо да се изградят спомагателни конструкции, което води до допълнителни разходи.

Ако потенциалната енергия на близката река, въз основа на приблизително изчисление, не е достатъчна за генериране на електроенергия в обем, достатъчен за практическа употреба, струва си да се обърне внимание на методи за конструиране на вятърни генератори. Вятърна мелница ще служи като ефективно допълнение.

Измерване силата на водния поток

Първото нещо, което трябва да направите, за да помислите за вида и начина на инсталиране на станцията, е да измерите скоростта на водния поток на любимия си източник.

Най-лесният начин е да спуснете всеки лек предмет (например топка за тенис, парче дунапрен или плувка за риболов) върху бързеите и да използвате хронометър, за да измерите времето, необходимо му да преплува разстоянието до някаква забележителност . Стандартното разстояние за „плуване“ е 10 метра.

Ако резервоарът е разположен далеч от къщата, можете да изградите отклонителен канал или тръбопровод и в същото време да се погрижите за разликите във височината

Сега трябва да разделите изминатото разстояние в метри на броя секунди - това ще бъде скоростта на тока.Но ако получената стойност е по-малка от 1 м/сек, ще е необходимо да се издигнат изкуствени конструкции, за да се ускори потокът поради промени в надморската височина.

Това може да стане с помощта на сгъваем бент или тясна дренажна тръба. Но без добър поток идеята за водноелектрическа централа ще трябва да бъде изоставена.

Производство на водноелектрическа централа на базата на водно колело

Разбира се, сглобяването и издигането на колос, предназначен да обслужва предприятие или селище дори от дузина къщи, е идея от сферата на научната фантастика. Но изграждането на мини водноелектрическа централа със собствените си ръце за пестене на електроенергия е напълно възможно. Освен това можете да използвате както готови компоненти, така и импровизирани материали.

Затова ще разгледаме стъпка по стъпка производството на най-простата конструкция - водно колело.

Необходими материали и инструменти

За да направите мини водноелектрическа централа със собствените си ръце, трябва да подготвите машина за заваряване, ъглошлайф, бормашина и набор от помощни инструменти - чук, отвертка, владетел.

Материали, от които се нуждаете:

• Ъгли и ламарина с дебелина минимум 5 мм.
• PVC или галванизирани стоманени тръби за изработка на лопатки.
• Генератор (можете да използвате готов или да го направите сами, както в този пример).
• Спирачни дискове.
• Вал и лагери.
• Шперплат.
• Полистиролова смола за отливане на ротора и статора.
• 15 мм меден проводник за домашен генератор.
• Неодимови магнити.

Моля, имайте предвид, че конструкцията на колелото постоянно ще бъде в контакт с вода, така че металните и дървените елементи трябва да бъдат избрани със защита от влага (или да се погрижите сами за импрегнирането и боядисването им). В идеалния случай шперплатът може да бъде заменен с пластмаса, но дървените части се получават по-лесно и се оформят в желаната форма.

Монтаж на колела и производство на дюзи

Основата за самото колело може да бъде два стоманени диска със същия диаметър (ако е възможно да получите стоманения барабан от кабела - чудесно, това значително ще ускори процеса на сглобяване).

Но ако в наличните материали не се намери метал, можете да изрежете кръгове от водоустойчив шперплат, въпреки че здравината и експлоатационният живот на дори обработеното дърво не могат да се сравняват със стоманата. След това трябва да изрежете кръгъл отвор на един от дисковете за инсталиране на генератора.

След това се правят остриетата, като ще са необходими поне 16 броя. За да направите това, поцинкованите тръби се нарязват по дължина на две или четири части (в зависимост от диаметъра). След това зоните на рязане и повърхността на самите остриета трябва да бъдат полирани, за да се намали загубата на енергия поради триене.

Остриетата са монтирани под ъгъл приблизително 40-45 градуса - това ще помогне да се увеличи повърхността, която ще бъде засегната от силата на потока

Разстоянието между двата странични диска трябва да е възможно най-близо до дължината на ножовете. За да маркирате местоположението на бъдещите главини, се препоръчва да направите шаблон от шперплат, който ще маркира местоположението на всяка част и отвора за фиксиране на колелото към генератора. Готовите маркировки могат да бъдат прикрепени към външната страна на един от дисковете.

След това кръговете се монтират успоредно един на друг с помощта на плътни пръти с резба и остриетата се заваряват или завинтват в желаните позиции. Барабанът ще се върти на лагери, а като опора се използва рамка, изработена от ъгли или тръби с малък диаметър.

На този етап сглобяването на барабана може да се счита за завършено, остава само да се оборудва с домашен генератор и дюза, която насочва потока вода

Дюзата е предназначена за водоизточници от каскаден тип - такава инсталация ще ви позволи да използвате максимално енергията на потока. Този спомагателен елемент се изработва чрез огъване на ламарина, последвано от заваряване на шевовете и след това монтирано на тръба.

Въпреки това, ако вашият район има равнинна река без бързеи или други препятствия на голяма надморска височина, тази подробност не е необходима.

Важно е ширината на изхода на дюзата да съответства на ширината на самото колело, в противен случай част от потока ще отиде „на празен ход“ и няма да достигне до лопатките

Сега колелото трябва да се монтира на оста и да се монтира върху опора, изработена от заварени или болтови ъгли. Остава само да направите генератор (или да инсталирате готов) и можете да отидете на реката.

Направи си сам генератор

За да направите домашен генератор, трябва да навиете и запълните статора, за което ще ви трябват намотки със 125 навивки медна жица на всяка. След свързването им цялата конструкция се запълва с полиестерна смола.

Всяка фаза се състои от три чилета, свързани последователно, така че връзката може да бъде направена във формата на звезда или триъгълник с няколко външни проводника

Сега трябва да подготвите шаблон от шперплат, който съответства на размера на спирачния диск.

На дървения пръстен се правят маркировки и се правят слотове за монтиране на магнити (в този случай са използвани неодимови магнити с дебелина 1,3 cm, ширина 2,5 cm и дължина 5 cm). След това полученият ротор също се напълва със смола и след изсъхване се закрепва към барабана на колелото.

Водно колело с ротор от спирачни дискове и генератор от намотки от медна тел - боядисано, представително и готово за работа

Последното нещо, което трябва да инсталирате, е алуминиев корпус с амперметър, покриващ токоизправителите. Задачата на тези елементи е да преобразуват трифазен ток в постоянен ток.

След като инсталирате колелото в потока на малка река с каскада или изходяща тръба, можете да разчитате на производителност на мини-хидроелектрическа централа от 1,9A * 12V при 110 оборота в минута

За да предотвратите попадането на листа, пясък и други отпадъци, донесени с потока, в колелото, препоръчително е да поставите защитна мрежа пред устройството.

Можете също така да експериментирате с пролуките между магнитите и намотките с увеличен брой завои, за да увеличите ефективността на хидравличната станция.

За всички видове алтернативни източници на енергия Ще разберете, като прочетете статията, посветена на въвеждането на „зелените технологии“ в ежедневието.

Изводи и полезно видео по темата

Видео #1. Пример за работеща хидравлична инсталация с домашен генератор, базиран на трифазен двигател:

Видео #2. Мини водноелектрическа централа, проектирана на принципа на водно колело:

Видео #3. Станция, базирана на велосипедно колело, е интересен вариант за решаване на проблема с енергийните доставки на почивка далеч от цивилизацията:

Както можете да видите, изграждането на водна мини електроцентрала със собствените си ръце не е толкова трудно. Но тъй като повечето изчисления и параметри за неговите компоненти се определят „на око“, трябва да сте подготвени за възможни повреди и свързаните с тях разходи.

Ако чувствате липса на знания и опит в тази област, трябва да се доверите на специалисти, които ще извършат всички необходими изчисления, ще препоръчат оптималното оборудване за вашия случай и ще го монтират качествено.

Моля, напишете коментари в блока по-долу. Споделете интересна информация и полезни препоръки, оставете тематични снимки.Може би искате да ни кажете как сте построили функционираща водноелектрическа централа на крайградски парцел със собствените си ръце? Ще се радваме да прочетем вашата история за процеса и работата на устройството.