„Pasidaryk pats“ hidroelektrinė: kaip pastatyti autonominę mini hidroelektrinę

Vandens srauto galia yra atsinaujinantis gamtos išteklius, leidžiantis gauti beveik nemokamą elektros energiją.Gamtos dovanota energija suteiks galimybę sutaupyti komunalines paslaugas ir išspręsti įrangos įkrovimo problemą.

Jei šalia jūsų namų teka upelis ar upė, verta tuo pasinaudoti. Jie galės tiekti elektrą sklypui ir namui. O jei hidroelektrinę statysite savo rankomis, ekonominis efektas gerokai padidės.

Pateiktame straipsnyje išsamiai aprašomos privačių hidrotechnikos statinių gamybos technologijos. Kalbėjomės apie tai, ko reikia norint sukurti sistemą ir prijungti ją prie vartotojų. Čia sužinosite apie visas miniatiūrinių energijos tiekėjų, surinktų iš laužo medžiagų, galimybes.

Nepramoninės paskirties hidroelektrinės

Hidroelektrinės yra statiniai, galintys vandens judėjimo energiją paversti elektros energija. Alternatyvūs žaliosios energijos tiekėjai kol kas jie aktyviai išnaudojami tik Vakaruose. Mūsų šalyje ši perspektyvi pramonė žengia tik pirmuosius nedrąsius žingsnius.

Mažos privačios hidroelektrinės gali būti didelių upių užtvankos, generuojančios nuo dešimties iki kelių šimtų megavatų, arba mini hidroelektrinės, kurių maksimali galia yra 100 kW, kurios visiškai pakanka privataus namo poreikiams. Sužinokime daugiau apie pastarąjį.

Girliandų stotis su hidrauliniais varžtais

Konstrukciją sudaro rotorių grandinė, pritvirtinta prie lankstaus plieninio troso, ištempto per upę. Pats kabelis atlieka sukimosi veleno vaidmenį, kurio vienas galas yra pritvirtintas prie atraminio guolio, o kitas įjungia generatoriaus veleną.

Kiekvienas „girliandos“ hidraulinis rotorius gali generuoti apie 2 kW energijos, tačiau vandens srauto greitis tam turi būti ne mažesnis kaip 2,5 metro per sekundę, o rezervuaro gylis – ne didesnis kaip 1,5 m.

Girliandinės hidroelektrinės veikimo principas paprastas: vandens slėgis sukasi hidraulinius varžtus, kurie suka kabelį ir priverčia generatorių gaminti energiją.

Girliandų stotys buvo sėkmingai naudojamos dar praėjusio amžiaus viduryje, tačiau propelerių vaidmenį tuomet atliko savadarbiai sraigtai ir net skardinės. Šiandien gamintojai siūlo kelių tipų rotorius įvairioms eksploatavimo sąlygoms.

Juose yra įvairių dydžių geležtės, pagamintos iš lakštinio metalo ir leidžia išgauti maksimalų stoties veikimo efektyvumą.

Tačiau nors šį hidrogeneratorių pagaminti gana paprasta, jo veikimui reikia tam tikrų ypatingų sąlygų, kurios ne visada įgyvendinamos realiame gyvenime. Tokios konstrukcijos užtveria upės vagą, ir vargu ar jūsų kaimynai pakrantėje, jau nekalbant apie aplinkosaugos tarnybų atstovus, leis jums panaudoti upelio energiją savo reikmėms.

Be to, žiemą instaliaciją galima naudoti tik neužšąlančiose rezervuaruose, o esant atšiauriam klimatui – konservuoti arba išmontuoti. Todėl girliandų stotys statomos laikinai ir daugiausia apleistose vietose (pavyzdžiui, prie vasaros ganyklų).

Rotacinės stotys, kurių galia nuo 1 iki 15 kW/val., generuoja iki 9,3 MW per mėnesį ir leidžia savarankiškai išspręsti elektrifikavimo problemą regionuose, nutolusiuose nuo centralizuotų greitkelių.

Šiuolaikinis girliandos įrengimo analogas yra povandeninės arba plūduriuojančios karkasinės stotys su skersiniais rotoriais. Skirtingai nei jų pirmtakas girliandomis, šios konstrukcijos neužtveria visos upės, o naudoja tik dalį vagos, o jas galima montuoti ant pontono/plasto ar net nuleisti į rezervuaro dugną.

Vertikalus Daria rotorius

Darrieus rotorius yra turbininis įtaisas, pavadintas jo išradėjo vardu 1931 m. Sistema susideda iš kelių aerodinaminių menčių, pritvirtintų prie radialinių sijų ir veikia slėgio skirtumu, naudojant „keliamojo sparno“ principą, kuris plačiai naudojamas laivų statyboje ir aviacijoje.

Nors tokie įrenginiai dažniausiai naudojami vėjo generatoriams kurti, jie gali dirbti ir su vandeniu. Tačiau šiuo atveju reikia atlikti tikslius skaičiavimus, kad būtų galima pasirinkti menčių storį ir plotį pagal vandens srauto stiprumą.

Daria rotorius primena „vėjo malūną“, montuojamas tik po vandeniu ir gali veikti nepriklausomai nuo sezoninių srauto greičio svyravimų.

Vertikalūs rotoriai retai naudojami vietinėms hidroelektrinėms kurti. Nepaisant gerų efektyvumo rodiklių ir akivaizdaus dizaino paprastumo, įranga yra gana sudėtinga.

Prieš pradedant darbą, sistemą reikia „pasukti“, tačiau tik rezervuaro užšalimas gali sustabdyti veikiančią stotį. Todėl Darrieus rotorius daugiausia naudojamas pramonės įmonėse.

Įdomų sprendimą projektuojant mažas hidroelektrines su vertikaliai veikiančia turbina pasiūlė austrų išradėjas Franzas Zotletereris:

Reikšmingu sūkurinių stočių privalumu visiškai pagrįstai laikomas žuvų išteklių išsaugojimas. Vertikalios turbinos veikimas nekenkia gyviems upės organizmams. Be to, dėl specifinio vandens tėkmės judėjimo purvas neužsilaiko ant konstrukcijų sienų.

Povandeninis sraigtinis sraigtas

Tiesą sakant, tai yra paprasčiausias oro vėjo malūnas, tik jis sumontuotas po vandeniu. Menčių matmenys, siekiant užtikrinti maksimalų sukimosi greitį ir minimalų pasipriešinimą, skaičiuojami priklausomai nuo srauto jėgos.Pavyzdžiui, jei srovės greitis neviršija 2 m/sek, tada ašmenų plotis turi būti 2-3 cm.

Povandeninį sraigtą lengva pasidaryti savo rankomis, tačiau jis tinka tik gilioms ir sraunėms upėms – sekliame vandens telkinyje besisukančios mentės gali sužaloti žvejus, plaukikus, vandens paukščius ir gyvūnus.

Toks vėjo malūnas sumontuotas „prie srauto“, tačiau jo mentės veikia ne dėl vandens slėgio slėgio, o dėl keliamosios jėgos generavimo (lėktuvo sparno ar laivo propelerio principu).

Vandens ratas su ašmenimis

Vandens ratas – viena paprasčiausių hidraulinio variklio versijų, žinoma dar Romos imperijos laikais. Jo veikimo efektyvumas labai priklauso nuo šaltinio, kuriame jis sumontuotas, tipo.

Pilimo ratas gali suktis tik dėl srauto greičio, o pildymo ratas gali suktis tik iš viršaus ant mentes krintančio vandens slėgio ir svorio pagalba.

Priklausomai nuo vandens telkinio gylio ir vagos, gali būti montuojami įvairių tipų ratai:

• Padažas (arba dugnas) – tinka seklioms upėms su greitomis srovėmis.
• Vidutinio diapazono – yra kanaluose su natūraliomis kaskadomis, kad srautas nukristų maždaug į besisukančio būgno vidurį.
• Skystis (arba virš galvos) – įrengiami po užtvanka, vamzdžiu arba natūralaus slenksčio dugne, kad krintantis vanduo tęstų savo kelią virš rato viršaus.

Tačiau visų variantų veikimo principas yra tas pats: vanduo krenta ant peilių ir varo ratą, dėl kurio sukasi mini elektrinės generatorius.

Hidraulinės įrangos gamintojai siūlo jau paruoštas turbinas, kurių mentės yra specialiai pritaikytos tam tikram vandens tekėjimo greičiui.Tačiau namų meistrai būgnų konstrukcijas gamina senamadiškai – iš laužo medžiagų.

Šis nuotraukų pasirinkimas padės susipažinti su paprasčiausio mini hidroelektrinės varianto konstravimo žingsniais:

Galbūt optimizavimo trūkumas turės įtakos efektyvumo rodikliams, tačiau naminės įrangos kaina bus kelis kartus pigesnė nei įsigyto analogo. Todėl vandens ratas yra populiariausias pasirinkimas organizuojant savo mini hidroelektrinę.

Hidroelektrinės įrengimo sąlygos

Nepaisant viliojančio hidrogeneratoriaus gaminamos energijos pigumo, svarbu atsižvelgti į vandens šaltinio, kurio išteklius planuojate panaudoti savo reikmėms, ypatybes.

Juk ne kiekvienas vandens telkinys tinkamas eksploatuoti mini hidroelektrinę, ypač ištisus metus, todėl nekenkia turėti rezerve galimybę prisijungti prie centralizuotos magistralinės linijos.

Keletas pliusų ir minusų

Pagrindiniai individualios hidroelektrinės privalumai yra akivaizdūs: nebrangi įranga, kuri gamina pigią elektrą, taip pat nekenkia gamtai (skirtingai nei užtvankos, kurios blokuoja upės tėkmę). Nors sistemos negalima pavadinti absoliučiai saugia, besisukantys turbinų elementai vis tiek gali sužaloti povandeninio pasaulio gyventojus ir net žmones.

Kad būtų išvengta nelaimingų atsitikimų, hidroelektrinė turi būti aptverta, o jei sistemą visiškai paslepia vanduo, krante turi būti įrengtas įspėjamasis ženklas

Mini hidroelektrinių privalumai:

1. Skirtingai nuo kitų „nemokamų“ energijos šaltinių (saulės baterijų, vėjo generatorių), hidraulinės sistemos gali veikti nepriklausomai nuo paros laiko ir oro. Vienintelis dalykas, kuris gali juos sustabdyti, yra rezervuaro užšalimas.
2. Norint įrengti hidrogeneratorių, nebūtina turėti didelės upės – tuos pačius vandens ratus galima sėkmingai naudoti net ir mažuose (bet srauniuose!) upeliuose.
3. Įrenginiai neišskiria kenksmingų medžiagų, neteršia vandens ir veikia beveik tyliai.
4. Norint įrengti mini hidroelektrinę, kurios galia iki 100 kW, nereikia gauti leidimų (nors viskas priklauso nuo vietos valdžios institucijų ir įrengimo tipo).
5. Perteklinę elektros energiją galima parduoti kaimyniniams namams.

Kalbant apie trūkumus, nepakankamas srovės stiprumas gali tapti rimta kliūtimi produktyviam įrangos veikimui. Tokiu atveju reikės statyti pagalbines konstrukcijas, o tai pareikalaus papildomų išlaidų.

Jei šalia esančios upės potencialios energijos, remiantis apytiksliais skaičiavimais, neužtenka pagaminti tokio tūrio elektros energijos, kurios pakaktų praktiniam naudojimui, verta atkreipti dėmesį į vėjo generatorių konstravimo būdai. Vėjo malūnas bus veiksmingas priedas.

Vandens srauto stiprumo matavimas

Pirmas dalykas, kurį reikia padaryti, kad pagalvotumėte apie stoties įrengimo tipą ir būdą, yra išmatuoti vandens tekėjimo greitį mėgstamame šaltinyje.

Lengviausias būdas yra nuleisti bet kokį lengvą objektą (pavyzdžiui, teniso kamuoliuką, putplasčio gabalą ar žvejybos plūdę) ant slenksčio ir chronometru išmatuoti laiką, per kurį jis nuplaukia atstumą iki kokio nors orientyro. . Standartinis „plaukimo“ atstumas yra 10 metrų.

Jei rezervuaras yra toli nuo namo, galite nutiesti nukreipimo kanalą ar vamzdyną ir tuo pačiu pasirūpinti aukščio skirtumais

Dabar nuvažiuotą atstumą metrais reikia padalyti iš sekundžių skaičiaus – tai bus srovės greitis.Bet jei gauta vertė yra mažesnė nei 1 m/sek, reikės statyti dirbtines konstrukcijas, kurios pagreitintų srautą dėl aukščio pokyčių.

Tai galima padaryti naudojant sulankstomą užtvanką arba siaurą kanalizacijos vamzdį. Tačiau be gero srauto hidroelektrinės idėjos teks atsisakyti.

Hidroelektrinės gamyba vandens rato pagrindu

Žinoma, surinkti ir pastatyti kolosą, skirtą net keliolikos namų įmonei ar gyvenvietei aptarnauti, yra idėja iš mokslinės fantastikos srities. Tačiau savo rankomis pastatyti mini hidroelektrinę taupant elektros energiją yra visiškai įmanoma. Be to, galite naudoti ir paruoštus komponentus, ir improvizuotas medžiagas.

Todėl žingsnis po žingsnio apsvarstysime paprasčiausios konstrukcijos - vandens rato - gamybą.

Reikalingos medžiagos ir įrankiai

Norėdami savo rankomis pasigaminti mini hidroelektrinę, turite paruošti suvirinimo aparatą, kampinį šlifuoklį, gręžtuvą ir pagalbinių įrankių rinkinį - plaktuką, atsuktuvą, liniuotę.

Medžiagos, kurių jums reikės:

• Kampai ir lakštinis metalas, kurio storis ne mažesnis kaip 5 mm.
• PVC arba cinkuoto plieno vamzdžiai peiliams gaminti.
• Generatorius (galite naudoti paruoštą arba pasigaminti patys, kaip šiame pavyzdyje).
• Stabdžių diskai.
• Velenas ir guoliai.
• Fanera.
• Polistireno derva, skirta rotoriaus ir statoriaus liejimui.
• 15 mm varinė viela naminiam generatoriui.
• Neodimio magnetai.

Atkreipkite dėmesį, kad rato konstrukcija nuolat liečiasi su vandeniu, todėl metalinius ir medinius elementus reikia parinkti taip, kad jie būtų apsaugoti nuo drėgmės (arba patiems pasirūpinti jų impregnavimu ir dažymu). Idealiu atveju fanera gali būti pakeista plastikine, tačiau medines dalis lengviau gauti ir suformuoti norimą formą.

Ratų surinkimas ir antgalių gamyba

Pačio rato pagrindas gali būti du vienodo skersmens plieniniai diskai (jei galima iš troso ištraukti plieninį būgną – puiku, tai labai pagreitins surinkimo procesą).

Bet jei metalo nėra po ranka esančiose medžiagose, galite iškirpti apskritimus iš vandeniui atsparios faneros, nors net apdorotos medienos stiprumas ir tarnavimo laikas negali būti lyginami su plienu. Tada viename iš diskų reikia iškirpti apvalią skylę generatoriaus montavimui.

Po to gaminami peiliukai ir reikės mažiausiai 16 vienetų. Norėdami tai padaryti, cinkuoti vamzdžiai supjaustomi išilgai į dvi arba keturias dalis (priklausomai nuo skersmens). Tada reikia nupoliruoti pjovimo vietas ir pačių peiliukų paviršių, kad sumažėtų energijos nuostoliai dėl trinties.

Peiliai montuojami maždaug 40–45 laipsnių kampu – tai padės padidinti paviršiaus plotą, kurį paveiks srauto jėga.

Atstumas tarp dviejų šoninių diskų turi būti kuo artimesnis ašmenų ilgiui. Norint pažymėti vietą būsimoms stebulėms, rekomenduojama iš faneros padaryti šabloną, kuriame bus pažymėta kiekvienos detalės vieta ir skylė rato tvirtinimui prie generatoriaus. Gatavus ženklus galima pritvirtinti prie vieno iš diskų išorės.

Tada apskritimai montuojami lygiagrečiai vienas kitam naudojant tvirtus srieginius strypus, o ašmenys suvirinami arba prisukami norimose padėtyse. Būgnas suksis ant guolių, o rėmas, pagamintas iš kampų arba mažo skersmens vamzdžių, naudojamas kaip atrama.

Šiame etape būgno surinkimas gali būti laikomas baigtu, belieka jį aprūpinti naminiu generatoriumi ir antgaliu, kuris nukreipia vandens srautą.

Antgalis skirtas kaskadinio tipo vandens šaltiniams – toks įrengimas leis maksimaliai išnaudoti srauto energiją. Šis pagalbinis elementas gaminamas lenkiant lakštinį metalą, po to suvirinant siūles, o po to montuojamas ant vamzdžio.

Tačiau jei jūsų vietovėje yra plokščia upė be slenksčių ar kitų didelio aukščio kliūčių, ši detalė nėra būtina.

Svarbu, kad purkštuko išleidimo angos plotis atitiktų paties rato plotį, kitaip dalis srauto eis „tuščiąja eiga“ ir nepasieks ašmenų.

Dabar ratą reikia sumontuoti ant ašies ir pritvirtinti ant atramos, pagamintos iš suvirintų arba varžtų kampų. Belieka pasidaryti generatorių (arba sumontuoti jau paruoštą) ir galima eiti prie upės.

DIY generatorius

Norėdami pagaminti naminį generatorių, turite apvynioti ir užpildyti statorių, kuriam jums reikės ritės su 125 apsisukimais varinės vielos. Juos sujungus visa konstrukcija užpildoma poliesterio derva.

Kiekviena fazė susideda iš trijų nuosekliai pritvirtintų sruogų, todėl sujungimas gali būti žvaigždės arba trikampio formos su keliais išoriniais laidais.

Dabar reikia paruošti faneros šabloną, atitinkantį stabdžių disko dydį.

Ant medinio žiedo daromi ženklinimai ir angos magnetams montuoti (šiuo atveju buvo naudojami 1,3 cm storio, 2,5 cm pločio ir 5 cm ilgio neodimio magnetai). Tada gautas rotorius taip pat užpildomas derva, o po džiovinimo pritvirtinamas prie rato būgno.

Vandens ratas su rotoriumi iš stabdžių diskų ir generatoriumi iš varinės vielos ritinių - dažytas, reprezentatyvus ir paruoštas naudoti

Paskutinis dalykas, kurį reikia sumontuoti, yra aliuminio korpusas su ampermetru, dengiančiu lygintuvus. Šių elementų užduotis yra paversti trifazę srovę į nuolatinę srovę.

Sumontavę ratą mažos upės tėkmėje su kaskadu ar išleidimo vamzdžiu, galite tikėtis 1,9 A * 12 V mini hidroelektrinės našumo esant 110 aps./min.

Kad į ratą nepatektų su srautu atnešami lapai, smėlis ir kitos šiukšlės, patartina priešais įrenginį uždėti apsauginį tinklelį.

Taip pat galite eksperimentuoti su tarpais tarp magnetų ir ritinių su padidintu apsisukimų skaičiumi, kad padidintumėte hidraulinės stoties efektyvumą.

Apie visas rūšis alternatyvių energijos šaltinių Sužinosite perskaitę straipsnį, skirtą „žaliųjų technologijų“ diegimui į kasdienį gyvenimą.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Vaizdo įrašas Nr. 1. Veikiančio hidraulinio įrenginio su naminiu generatoriumi, kurio pagrindas yra trifazis variklis, pavyzdys:

2 vaizdo įrašas. Mini hidroelektrinė, sukurta vandens rato principu:

3 vaizdo įrašas. Dviračio rato stotis yra įdomi galimybė išspręsti energijos tiekimo problemą atostogaujant toli nuo civilizacijos:

Kaip matote, pastatyti vandens mini elektrinę savo rankomis nėra taip sunku. Tačiau kadangi dauguma jo komponentų skaičiavimų ir parametrų nustatomi „iš akies“, turėtumėte būti pasirengę galimiems gedimams ir susijusioms išlaidoms.

Jei jaučiate žinių ir patirties šioje srityje trūkumą, turėtumėte pasitikėti specialistais, kurie atliks visus reikiamus skaičiavimus, rekomenduos optimalią įrangą Jūsų atvejui ir efektyviai ją sumontuos.

Parašykite komentarus žemiau esančiame bloke. Pasidalinkite įdomia informacija ir naudingomis rekomendacijomis, palikite temines nuotraukas.Galbūt norite papasakoti, kaip savo rankomis priemiesčio sklype pastatėte veikiančią hidroelektrinę? Mums bus malonu perskaityti jūsų istoriją apie įrenginio procesą ir veikimą.