Hidrocentrală autonomă: cum să construiți o minihidrocentrală autonomă

Puterea curgerii apei este o resursă naturală regenerabilă care vă permite să obțineți energie electrică practic gratuită.Energia donată de natură va oferi o oportunitate de a economisi la utilități și de a rezolva problema reîncărcării echipamentelor.

Dacă în apropierea casei dvs. curge un pârâu sau un râu, merită să profitați de el. Ei vor putea furniza energie electrică șantierului și casei. Și dacă construiești o hidrocentrală cu propriile mâini, efectul economic crește semnificativ.

Articolul prezentat descrie în detaliu tehnologiile de fabricație a structurilor hidraulice private. Am vorbit despre ceea ce este necesar pentru a configura sistemul și a-l conecta la consumatori. Aici veți afla despre toate opțiunile pentru furnizorii de energie în miniatură asamblați din materiale vechi.

Centrale hidroelectrice în scop neindustrial

Centralele hidroelectrice sunt structuri care pot transforma energia mișcării apei în energie electrică. Furnizori alternativi de energie verde până acum sunt exploatate activ doar în Occident. La noi, această industrie promițătoare face doar primii pași timizi.

Micile hidrocentrale private pot fi baraje pe râuri mari, care generează de la zece până la câteva sute de megawați, sau minihidrocentrale cu o putere maximă de 100 kW, ceea ce este suficient pentru nevoile unei locuințe private. Să aflăm mai multe despre acesta din urmă.

Stație de ghirlande cu șuruburi hidraulice

Structura constă dintr-un lanț de rotoare atașate la un cablu flexibil de oțel întins peste râu. Cablul în sine joacă rolul unui arbore de rotație, al cărui capăt este fixat pe rulmentul suport, iar celălalt activează arborele generatorului.

Fiecare rotor hidraulic al „ghirlandei” este capabil să genereze aproximativ 2 kW de energie, cu toate acestea, viteza de curgere a apei pentru aceasta trebuie să fie de cel puțin 2,5 metri pe secundă, iar adâncimea rezervorului nu trebuie să depășească 1,5 m.

Principiul de funcționare al unei centrale hidroelectrice cu ghirlande este simplu: presiunea apei învârte șuruburile hidraulice, care rotesc cablul și obligă generatorul să producă energie.

Stațiile de ghirlande au fost folosite cu succes la mijlocul secolului trecut, dar rolul elicelor a fost jucat atunci de elicele de casă și chiar de cutiile de tablă. Astăzi, producătorii oferă mai multe tipuri de rotoare pentru diferite condiții de funcționare.

Sunt echipate cu lame de diferite dimensiuni, din tablă, și vă permit să obțineți o eficiență maximă din funcționarea stației.

Dar, deși acest hidrogenerator este destul de simplu de fabricat, funcționarea lui necesită o serie de condiții speciale care nu sunt întotdeauna fezabile în viața reală. Astfel de structuri blochează albia râului și este puțin probabil ca vecinii tăi de-a lungul malului, ca să nu mai vorbim de reprezentanții serviciilor de mediu, să vă permită să utilizați energia pârâului în scopurile dvs.

În plus, iarna, instalația poate fi folosită doar pe rezervoare care nu îngheață, iar în climat aspre poate fi păstrată sau demontată. Prin urmare, stațiile de ghirlande sunt ridicate temporar și în principal în zonele pustii (de exemplu, lângă pășunile de vară).

Stațiile rotative cu o capacitate de la 1 la 15 kW/oră generează până la 9,3 MW pe lună și vă permit să rezolvați independent problema electrificării în regiunile îndepărtate de autostrăzile centralizate

Un analog modern al unei instalații de ghirlande este stațiile de cadru submersibile sau plutitoare cu rotoare transversale. Spre deosebire de predecesorul lor de ghirlande, aceste structuri nu blochează întregul râu, ci folosesc doar o parte din albia râului și pot fi instalate pe un ponton/plută sau chiar coborâte pe fundul rezervorului.

Rotor vertical Daria

Rotorul Darrieus este un dispozitiv cu turbină care a primit numele inventatorului său în 1931. Sistemul este format din mai multe pale aerodinamice fixate pe grinzi radiale și funcționează prin presiune diferențială folosind principiul „aripii de ridicare”, care este utilizat pe scară largă în construcțiile navale și aviație.

Deși astfel de instalații sunt folosite mai ales pentru a crea generatoare eoliene, ele pot funcționa și cu apă. Dar în acest caz, sunt necesare calcule precise pentru a selecta grosimea și lățimea lamelor în conformitate cu puterea fluxului de apă.

Rotorul Daria seamănă cu o „moară de vânt”, instalată doar sub apă și poate funcționa indiferent de fluctuațiile sezoniere ale vitezei de curgere

Rotoarele verticale sunt rareori folosite pentru a crea centrale hidroelectrice locale. În ciuda indicatorilor de eficiență buni și a aparentei simplități a designului, echipamentul este destul de complex de operat.

Înainte de a începe lucrul, sistemul trebuie să fie „întors”, dar numai înghețarea rezervorului poate opri stația de funcționare. Prin urmare, rotorul Darrieus este utilizat în principal în întreprinderile industriale.

O soluție interesantă în domeniul proiectării centralelor hidroelectrice mici cu o turbină care funcționează vertical a fost propusă de inventatorul austriac Franz Zotleterer:

Un avantaj semnificativ al stațiilor cu hidromasaj este, pe bună dreptate, considerat a fi conservarea resurselor de pește. Funcționarea unei turbine verticale nu dăunează organismelor vii ale râului. În plus, noroiul nu rămâne pe pereții structurilor datorită mișcării specifice a fluxului de apă.

Elice subacvatice cu șurub

De fapt, aceasta este cea mai simplă moară de vânt cu aer, doar că este instalată sub apă. Dimensiunile paletelor, pentru a asigura viteza maxima de rotatie si rezistenta minima, se calculeaza in functie de forta debitului.De exemplu, dacă viteza actuală nu depășește 2 m/sec, atunci lățimea lamei ar trebui să fie de 2-3 cm.

O elice subacvatică este ușor de făcut cu propriile mâini, dar este potrivită numai pentru râuri adânci și rapide - într-un corp de apă puțin adânc, palele rotative pot provoca răni pescarilor, înotătorilor, păsărilor de apă și animalelor.

O astfel de moară de vânt este instalată „spre” flux, dar paletele sale nu funcționează datorită presiunii presiunii apei, ci datorită generării forței de ridicare (pe principiul aripii unui avion sau al elicei unei nave).

Roata de apa cu lame

O roată cu apă este una dintre cele mai simple versiuni ale unui motor hidraulic, cunoscută încă din vremea Imperiului Roman. Eficiența funcționării acestuia depinde în mare măsură de tipul de sursă pe care este instalat.

Roata de turnare se poate roti doar datorita vitezei debitului, iar roata de umplere se poate roti doar cu ajutorul presiunii si greutatii apei care cade de sus pe lame.

În funcție de adâncimea și patul cursului de apă, pot fi instalate diferite tipuri de roți:

• Sos (sau fund) – potrivit pentru râuri de mică adâncime cu curenți mari.
• Raza medie – sunt amplasate în canale cu cascade naturale astfel încât debitul să cadă aproximativ în mijlocul tamburului rotativ.
• Lichid (sau deasupra capului) – sunt instalate sub un baraj, conductă sau la fundul unui rapid natural, astfel încât apa care cade să-și continue drumul peste vârful roții.

Dar principiul de funcționare pentru toate opțiunile este același: apa cade pe lame și antrenează o roată, ceea ce face ca generatorul pentru minicentrala să se rotească.

Producătorii de echipamente hidraulice oferă turbine gata făcute, ale căror pale sunt special adaptate la o anumită viteză a curgerii apei.Dar meseriașii de acasă fac structuri de tambur în mod vechi - din materiale vechi.

Următoarea selecție de fotografii vă va ajuta să vă familiarizați cu pașii construcției celei mai simple versiuni a unei minicentrale hidroelectrice:

Poate că lipsa optimizării va afecta indicatorii de eficiență, dar costul echipamentelor de casă va fi de câteva ori mai ieftin decât un analog achiziționat. Prin urmare, o roată cu apă este cea mai populară opțiune pentru organizarea propriei mini-hidrocentrale.

Condiții pentru instalarea unei centrale hidroelectrice

În ciuda ieftinității tentante a energiei generate de un hidrogenerator, este important să țineți cont de caracteristicile sursei de apă ale cărei resurse intenționați să le folosiți pentru propriile nevoi.

La urma urmei, nu orice curs de apă este potrivit pentru funcționarea unei minihidrocentrale, mai ales pe tot parcursul anului, așa că nu strica să ai în rezervă posibilitatea racordării la o linie principală centralizată.

Câteva argumente pro și contra

Principalele avantaje ale unei centrale hidroelectrice individuale sunt evidente: echipamente ieftine care generează energie electrică ieftină și, de asemenea, nu dăunează naturii (spre deosebire de barajele care blochează curgerea unui râu). Deși sistemul nu poate fi numit absolut sigur, elementele rotative ale turbinelor pot provoca totuși răni locuitorilor lumii subacvatice și chiar oamenilor.

Pentru prevenirea accidentelor, centrala hidroelectrică trebuie să fie împrejmuită, iar dacă sistemul este complet ascuns de apă, trebuie instalat un semn de avertizare pe mal.

Avantajele minicentralelor hidroelectrice:

1. Spre deosebire de alte surse de energie „gratuite” (panouri solare, generatoare eoliene), sistemele hidraulice pot funcționa indiferent de ora din zi și de vreme. Singurul lucru care îi poate opri este înghețarea rezervorului.
2. Pentru a instala un hidrogenerator, nu este necesar să existe un râu mare - aceleași roți de apă pot fi folosite cu succes chiar și în pâraiele mici (dar rapide!).
3. Unitățile nu emit substanțe nocive, nu poluează apa și funcționează aproape silențios.
4. Pentru a instala o minihidrocentrală cu o capacitate de până la 100 kW, nu este nevoie să obțineți autorizații (deși totul depinde de autoritățile locale și de tipul de instalație).
5. Excesul de energie electrică poate fi vândut la casele vecine.

În ceea ce privește dezavantajele, puterea curentului insuficientă poate deveni un obstacol serios în calea funcționării productive a echipamentului. În acest caz, va fi necesară construirea unor structuri auxiliare, ceea ce presupune costuri suplimentare.

Dacă energia potențială a unui râu din apropiere, pe baza unui calcul aproximativ, nu este suficientă pentru a genera energie electrică într-un volum suficient pentru utilizare practică, merită să acordați atenție metode de construire a generatoarelor eoliene. O moară de vânt va servi ca un plus eficient.

Măsurarea puterii debitului de apă

Primul lucru pe care trebuie să-l faceți pentru a vă gândi la tipul și metoda de instalare a stației este să măsurați viteza debitului de apă la sursa preferată.

Cel mai simplu mod este să coborâți orice obiect ușor (de exemplu, o minge de tenis, o bucată de plastic spumă sau un plutitor de pescuit) pe repezi și să utilizați un cronometru pentru a măsura timpul necesar pentru a înota distanța până la un punct de reper. . Distanța standard pentru „înot” este de 10 metri.

Dacă rezervorul este situat departe de casă, puteți construi un canal de deviere sau o conductă și, în același timp, puteți avea grijă de diferențele de înălțime.

Acum trebuie să împărțiți distanța parcursă în metri la numărul de secunde - aceasta va fi viteza curentului.Dar dacă valoarea rezultată este mai mică de 1 m/sec, va fi necesară ridicarea unor structuri artificiale pentru a accelera fluxul din cauza modificărilor de cotă.

Acest lucru se poate face cu ajutorul unui baraj pliabil sau a unei conducte de scurgere înguste. Dar fără un debit bun, ideea unei hidrocentrale va trebui abandonată.

Producția de hidrocentrală bazată pe o roată de apă

Desigur, asamblarea și ridicarea unui colos proiectat să servească o întreprindere sau o așezare de chiar și o duzină de case este o idee din domeniul science-fiction. Dar construirea unei mini-hidrocentrale cu propriile mâini pentru a economisi energie electrică este foarte posibilă. Mai mult, puteți folosi atât componente gata făcute, cât și materiale improvizate.

Prin urmare, vom lua în considerare pas cu pas fabricarea celei mai simple structuri - o roată de apă.

Materiale și instrumente necesare

Pentru a face o minicentrală hidroelectrică cu propriile mâini, trebuie să pregătiți o mașină de sudură, o polizor unghiular, un burghiu și un set de instrumente auxiliare - un ciocan, o șurubelniță, o riglă.

Materiale de care veți avea nevoie:

• Colțuri și tablă cu o grosime de cel puțin 5 mm.
• Tevi din PVC sau otel zincat pentru fabricarea lamelor.
• Generator (puteți folosi unul gata făcut sau îl puteți face singur, ca în acest exemplu).
• Discuri de frana.
• Arborele și rulmenții.
• Placaj.
• Rășină de polistiren pentru turnarea rotorului și a statorului.
• Sârmă de cupru de 15 mm pentru un generator de casă.
• Magneți de neodim.

Vă rugăm să rețineți că structura roții va fi în permanență în contact cu apa, astfel încât elementele metalice și din lemn trebuie selectate cu protecție împotriva umezelii (sau aveți grijă de impregnare și vopsire singur). În mod ideal, placajul poate fi înlocuit cu plastic, dar piesele din lemn sunt mai ușor de obținut și modelate în forma dorită.

Ansamblu roți și fabricare duze

Baza roții în sine poate fi două discuri de oțel de același diametru (dacă este posibil să obțineți tamburul de oțel din cablu - grozav, acest lucru va grăbi foarte mult procesul de asamblare).

Dar dacă metalul nu se găsește în materialele disponibile, puteți tăia cercuri din placaj impermeabil, deși rezistența și durata de viață a lemnului tratat nu pot fi comparate cu oțelul. Apoi trebuie să tăiați o gaură rotundă pe unul dintre discuri pentru instalarea generatorului.

După aceasta, lamele sunt realizate și vor fi necesare cel puțin 16 bucăți. Pentru a face acest lucru, țevile galvanizate sunt tăiate pe lungime în două sau patru părți (în funcție de diametru). Apoi zonele de tăiere și suprafața lamelor în sine trebuie lustruite pentru a reduce pierderile de energie din cauza frecării.

Lamele sunt instalate la un unghi de aproximativ 40-45 de grade - acest lucru va ajuta la creșterea suprafeței care va fi afectată de forța de curgere

Distanța dintre cele două discuri laterale trebuie să fie cât mai apropiată de lungimea lamelor. Pentru a marca locația pentru viitoarele butuci, se recomandă realizarea unui șablon din placaj, care va marca locația pentru fiecare piesă și orificiul pentru fixarea roții la generator. Marcajele finite pot fi atașate la exteriorul unuia dintre discuri.

Cercurile sunt apoi instalate paralel între ele folosind tije filetate solide, iar lamele sunt sudate sau înșurubate în pozițiile dorite. Tamburul se va roti pe rulmenți, iar ca suport se folosește un cadru format din unghiuri sau țevi de diametru mic.

În această etapă, asamblarea tamburului poate fi considerată completă; tot ce rămâne este să-l echipați cu un generator de casă și o duză care direcționează fluxul de apă.

Duza este proiectată pentru surse de apă de tip cascadă - o astfel de instalație vă va permite să utilizați energia de curgere la maximum. Acest element auxiliar este realizat prin îndoirea tablei, urmată de sudarea cusăturilor și apoi montat pe o țeavă.

Cu toate acestea, dacă zona dvs. are un râu plat, fără repezi sau alte obstacole de mare altitudine, acest detaliu nu este necesar.

Este important ca lățimea ieșirii duzei să corespundă cu lățimea roții în sine, altfel o parte a fluxului va merge „în gol” și nu va ajunge la lame.

Acum roata trebuie montată pe ax și montată pe un suport format din colțuri sudate sau șuruburi. Tot ce rămâne este să faci un generator (sau să instalezi unul gata făcut) și poți merge la râu.

Generator de bricolaj

Pentru a face un generator de casă, trebuie să înfășurați și să umpleți statorul, pentru care veți avea nevoie de bobine cu 125 de spire de sârmă de cupru pe fiecare. După conectarea acestora, întreaga structură este umplută cu rășină poliesterică.

Fiecare fază este alcătuită din trei schele atașate în serie, astfel încât legătura se poate face sub formă de stea sau triunghi cu mai multe fire externe

Acum trebuie să pregătiți un șablon de placaj care se potrivește cu dimensiunea discului de frână.

Pe inelul de lemn se fac marcaje și se realizează fante pentru instalarea magneților (în acest caz s-au folosit magneți de neodim de 1,3 cm grosime, 2,5 cm lățime și 5 cm lungime). Apoi, rotorul rezultat este, de asemenea, umplut cu rășină, iar după uscare, este atașat de tamburul roții.

Roată de apă cu un rotor din discuri de frână și un generator din bobine de sârmă de cupru - vopsită, prezentabilă și gata de utilizare

Ultimul lucru de instalat este o carcasă de aluminiu cu un ampermetru care acoperă redresoarele. Sarcina acestor elemente este de a transforma curentul trifazat în curent continuu.

După instalarea roții în debitul unui râu mic cu o cascadă sau conductă de evacuare, puteți conta pe o performanță mini-hidroelectrică de 1,9A * 12V la 110 rpm

Pentru a preveni pătrunderea în roată a frunzelor, nisipului și altor resturi aduse odată cu curgerea, este indicat să plasați o plasă de protecție în fața dispozitivului.

De asemenea, puteți experimenta golurile dintre magneți și bobine cu un număr crescut de spire pentru a crește eficiența stației hidraulice.

Despre toate tipurile surse alternative de energie Veți afla citind articolul dedicat introducerii „tehnologiilor verzi” în viața de zi cu zi.

Concluzii și video util pe această temă

Videoclipul #1. Un exemplu de instalație hidraulică funcțională cu un generator de casă bazat pe un motor trifazat:

Videoclipul #2. Minicentrală hidroelectrică, proiectată pe principiul unei roți de apă:

Videoclipul #3. O stație bazată pe o roată de bicicletă este o opțiune interesantă pentru rezolvarea problemei alimentării cu energie în vacanță departe de civilizație:

După cum puteți vedea, construirea unei mini-centrale de apă cu propriile mâini nu este atât de dificilă. Dar, deoarece majoritatea calculelor și parametrilor componentelor sale sunt determinați „ochi”, ar trebui să fiți pregătit pentru posibile defecțiuni și costurile asociate.

Dacă simți o lipsă de cunoștințe și experiență în acest domeniu, ar trebui să ai încredere în specialiști care vor efectua toate calculele necesare, vor recomanda echipamentul optim pentru cazul tău și îl vor instala eficient.

Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de mai jos. Partajați informații interesante și recomandări utile, lăsați fotografii tematice.Poate doriți să ne spuneți cum ați construit o centrală hidroelectrică funcțională pe un teren suburban cu propriile mâini? Vom fi bucuroși să citim povestea dvs. despre procesul și funcționarea dispozitivului.