Elektrownia wodna zrób to sam: jak zbudować autonomiczną minielektrownię wodną

Siła przepływu wody jest odnawialnym zasobem naturalnym, który pozwala uzyskać praktycznie darmową energię elektryczną.Energia oddana przez naturę umożliwi zaoszczędzenie na mediach i rozwiązanie problemu ładowania sprzętu.

Jeśli w pobliżu Twojego domu płynie strumyk lub rzeka, warto z niego skorzystać. Będą w stanie zapewnić prąd dla działki i domu. A jeśli zbudujesz elektrownię wodną własnymi rękami, efekt ekonomiczny znacznie wzrośnie.

W artykule szczegółowo opisano technologie wytwarzania prywatnych konstrukcji hydraulicznych. Rozmawialiśmy o tym, co jest potrzebne do skonfigurowania systemu i podłączenia go do konsumentów. Tutaj dowiesz się o wszystkich opcjach miniaturowych dostawców energii montowanych ze złomu.

Elektrownie wodne do celów nieprzemysłowych

Elektrownie wodne to konstrukcje, które potrafią przekształcić energię ruchu wody w energię elektryczną. Alternatywni dostawcy zielonej energii jak dotąd są aktywnie wykorzystywane tylko na Zachodzie. W naszym kraju ta obiecująca branża stawia dopiero pierwsze nieśmiałe kroki.

Małe prywatne elektrownie wodne mogą być tamami na dużych rzekach, wytwarzającymi od dziesięciu do kilkuset megawatów, lub minielektrowniami wodnymi o maksymalnej mocy 100 kW, która w zupełności wystarczy na potrzeby prywatnego domu. Dowiedzmy się więcej o tym ostatnim.

Stacja girlandowa ze śrubami hydraulicznymi

Konstrukcja składa się z łańcucha wirników przymocowanych do elastycznej stalowej linki rozciągniętej w poprzek rzeki. Sam kabel pełni rolę wału obrotowego, którego jeden koniec jest zamocowany na łożysku podporowym, a drugi uruchamia wał generatora.

Każdy wirnik hydrauliczny „girlandy” jest w stanie wytworzyć około 2 kW energii, jednak prędkość przepływu wody musi w tym celu wynosić co najmniej 2,5 metra na sekundę, a głębokość zbiornika nie powinna przekraczać 1,5 m.

Zasada działania elektrowni wodnej girlandowej jest prosta: ciśnienie wody wprawia w ruch śruby hydrauliczne, które obracają kabel i zmuszają generator do wytworzenia energii

Stacje wiankowe z powodzeniem stosowano już w połowie ubiegłego wieku, ale rolę śmigieł pełniły wówczas śmigła domowej roboty, a nawet puszki. Obecnie producenci oferują kilka rodzajów wirników do różnych warunków pracy.

Wyposażone są w ostrza o różnej wielkości, wykonane z blachy i pozwalają na uzyskanie maksymalnej efektywności pracy stanowiska.

Ale chociaż ten uwodorniacz jest dość prosty w produkcji, jego działanie wymaga szeregu specjalnych warunków, które nie zawsze są wykonalne w prawdziwym życiu. Takie konstrukcje blokują koryto rzeki i jest mało prawdopodobne, aby twoi sąsiedzi wzdłuż brzegu, nie mówiąc już o przedstawicielach służb ochrony środowiska, pozwolili ci wykorzystać energię strumienia do swoich celów.

Ponadto zimą instalację można stosować wyłącznie na zbiornikach niezamarzających, a w trudnych warunkach klimatycznych można ją konserwować lub zdemontować. Dlatego stacje girlandowe budowane są tymczasowo i głównie na terenach opuszczonych (na przykład w pobliżu letnich pastwisk).

Stacje obrotowe o wydajności od 1 do 15 kW/h generują do 9,3 MW miesięcznie i pozwalają na samodzielne rozwiązanie problemu elektryfikacji w regionach oddalonych od scentralizowanych autostrad

Nowoczesnym analogiem instalacji girlandowej są podwodne lub pływające stacje ramowe z poprzecznymi wirnikami. W przeciwieństwie do swojego poprzednika w postaci girlandy, konstrukcje te nie blokują całej rzeki, lecz wykorzystują tylko część koryta i można je montować na pontonie/tratwie lub nawet opuszczać na dno zbiornika.

Pionowy rotor Darii

Wirnik Darrieusa to urządzenie turbinowe, którego nazwa wzięła się od jego wynalazcy w 1931 roku. System składa się z kilku łopatek aerodynamicznych zamocowanych na belkach promieniowych i działa na zasadzie różnicy ciśnień na zasadzie „skrzydła podnoszącego”, która jest szeroko stosowana w przemyśle stoczniowym i lotnictwie.

Choć tego typu instalacje wykorzystywane są najczęściej do budowy generatorów wiatrowych, mogą one także współpracować z wodą. Ale w tym przypadku potrzebne są dokładne obliczenia, aby wybrać grubość i szerokość ostrzy zgodnie z siłą przepływu wody.

Wirnik Daria przypomina „wiatrak”, instalowany jedynie pod wodą i może pracować niezależnie od sezonowych wahań prędkości przepływu

Wirniki pionowe rzadko wykorzystuje się do budowy lokalnych elektrowni wodnych. Pomimo dobrych wskaźników wydajności i pozornej prostoty konstrukcji, sprzęt jest dość skomplikowany w obsłudze.

Przed przystąpieniem do pracy układ należy „rozkręcić”, ale dopiero zamarznięcie zbiornika może zatrzymać pracę stacji. Dlatego wirnik Darrieusa jest stosowany głównie w przedsiębiorstwach przemysłowych.

Ciekawe rozwiązanie w zakresie projektowania małych elektrowni wodnych z turbiną pracującą pionowo zaproponował austriacki wynalazca Franz Zotleterer:

Za istotną zaletę stacji hydromasażu słusznie uważa się zachowanie zasobów ryb. Praca turbiny pionowej nie szkodzi organizmom żywym rzeki. Ponadto błoto nie zatrzymuje się na ścianach konstrukcji ze względu na specyficzny ruch przepływu wody.

Podwodne śmigło śrubowe

Tak naprawdę jest to najprostszy wiatrak powietrzny, tyle że montowany jest pod wodą. Wymiary łopatek, w celu zapewnienia maksymalnej prędkości obrotowej i minimalnych oporów, obliczane są w zależności od siły przepływu.Przykładowo, jeśli aktualna prędkość nie przekracza 2 m/s, wówczas szerokość ostrza powinna mieścić się w granicach 2-3 cm.

Podwodne śmigło jest łatwe do wykonania własnymi rękami, ale nadaje się tylko do głębokich i szybkich rzek - w płytkim zbiorniku wodnym obracające się łopatki mogą spowodować obrażenia rybaków, pływaków, ptactwa wodnego i zwierząt

Wiatrak taki instaluje się „w stronę” przepływu, ale jego łopaty działają nie pod wpływem ciśnienia wody, ale w wyniku wytwarzania siły nośnej (na zasadzie skrzydła samolotu lub śmigła statku).

Koło wodne z ostrzami

Koło wodne to jedna z najprostszych wersji silnika hydraulicznego, znana od czasów Cesarstwa Rzymskiego. Efektywność jego działania w dużej mierze zależy od rodzaju źródła, na którym jest zainstalowany.

Koło nalewające może obracać się tylko dzięki prędkości przepływu, a koło napełniające może obracać się tylko pod wpływem ciśnienia i ciężaru wody spadającej z góry na ostrza

W zależności od głębokości i koryta cieku można zamontować różne typy kół:

• Sos (lub spód) – nadaje się na płytkie rzeki z szybkimi prądami.
• Średni zasięg – umiejscowione są w kanałach z naturalnymi kaskadami, tak że przepływ spada mniej więcej pośrodku obracającego się bębna.
• Płyn (lub górny) – instalowane są pod zaporą, rurą lub na dnie naturalnego bystrza, tak aby spadająca woda kontynuowała swoją drogę ponad górną częścią koła.

Ale zasada działania dla wszystkich opcji jest taka sama: woda spada na ostrza i napędza koło, co powoduje obrót generatora minielektrowni.

Producenci sprzętu hydraulicznego oferują gotowe turbiny, których łopatki są specjalnie przystosowane do określonej prędkości przepływu wody.Ale domowi rzemieślnicy wykonują konstrukcje bębnów w staromodny sposób - ze złomu.

Poniższy wybór zdjęć pomoże Ci zapoznać się z etapami budowy najprostszej wersji mini elektrowni wodnej:

Być może brak optymalizacji wpłynie na wskaźniki wydajności, ale koszt domowego sprzętu będzie kilkakrotnie tańszy niż zakupiony analog. Dlatego koło wodne jest najpopularniejszą opcją organizacji własnej minielektrowni wodnej.

Warunki instalacji elektrowni wodnej

Pomimo kuszącej taniości energii wytwarzanej przez hydrogenerator, ważne jest, aby wziąć pod uwagę charakterystykę źródła wody, którego zasoby planujesz wykorzystać na własne potrzeby.

Przecież nie każdy ciek wodny nadaje się do pracy minielektrowni wodnej, szczególnie przez cały rok, dlatego nie zaszkodzi mieć w zapasie możliwość podłączenia się do scentralizowanej linii głównej.

Kilka zalet i wad

Główne zalety indywidualnej elektrowni wodnej są oczywiste: niedrogi sprzęt, który generuje tanią energię elektryczną, a przy tym nie szkodzi przyrodzie (w przeciwieństwie do tam, które blokują przepływ rzeki). Choć systemu nie można nazwać całkowicie bezpiecznym, wirujące elementy turbin nadal mogą powodować obrażenia mieszkańców podwodnego świata, a nawet ludzi.

Aby zapobiec wypadkom, elektrownia wodna musi być ogrodzona, a jeśli instalacja jest całkowicie zalana wodą, na brzegu należy zainstalować znak ostrzegawczy

Zalety minielektrowni wodnych:

1. W przeciwieństwie do innych „darmowych” źródeł energii (panele słoneczne, generatory wiatrowe), układy hydrauliczne mogą działać niezależnie od pory dnia i pogody. Jedyne, co może je powstrzymać, to zamarznięcie zbiornika.
2. Aby zainstalować hydroerator, nie jest konieczna duża rzeka – te same koła wodne można z powodzeniem zastosować nawet w małych (ale szybkich!) nurtach.
3. Urządzenia nie emitują szkodliwych substancji, nie zanieczyszczają wody i działają niemal bezgłośnie.
4. Aby zainstalować minielektrownię wodną o mocy do 100 kW, nie trzeba uzyskiwać pozwoleń (choć wszystko zależy od lokalnych władz i rodzaju instalacji).
5. Nadmiar energii elektrycznej można sprzedać do sąsiednich domów.

Jeśli chodzi o wady, niewystarczająca siła prądu może stać się poważną przeszkodą w produktywnej pracy sprzętu. W takim przypadku konieczne będzie zbudowanie konstrukcji pomocniczych, co wiąże się z dodatkowymi kosztami.

Jeżeli energia potencjalna pobliskiej rzeki, w oparciu o przybliżone obliczenia, nie wystarczy do wytworzenia energii elektrycznej w ilości wystarczającej do praktycznego wykorzystania, warto zwrócić uwagę na metody budowy generatorów wiatrowych. Efektownym dodatkiem będzie wiatrak.

Pomiar siły przepływu wody

Pierwszą rzeczą, którą musisz zrobić, aby przemyśleć rodzaj i sposób instalacji stacji, jest pomiar prędkości przepływu wody w ulubionym źródle.

Najprostszym sposobem jest opuszczenie dowolnego lekkiego przedmiotu (na przykład piłki tenisowej, kawałka gąbki lub pływaka) na bystrza i za pomocą stopera zmierzyć czas potrzebny na przepłyniecie dystansu do jakiegoś punktu orientacyjnego . Standardowa odległość dla „pływania” wynosi 10 metrów.

Jeśli zbiornik znajduje się daleko od domu, można zbudować kanał dywersyjny lub rurociąg, a jednocześnie zadbać o różnice wysokości

Teraz musisz podzielić przebytą odległość w metrach przez liczbę sekund - będzie to prędkość prądu.Jeśli jednak uzyskana wartość będzie mniejsza niż 1 m/s, konieczne będzie wzniesienie sztucznych konstrukcji, aby przyspieszyć przepływ ze względu na zmiany wysokości.

Można to zrobić za pomocą składanej tamy lub wąskiej rury spustowej. Ale bez dobrego przepływu pomysł stacji wodnej będzie musiał zostać porzucony.

Produkcja elektrowni wodnej opartej na kole wodnym

Oczywiście złożenie i postawienie kolosa przeznaczonego do obsługi przedsiębiorstwa lub osiedla nawet składającego się z kilkunastu domów to pomysł rodem z fantastyki naukowej. Ale zbudowanie minielektrowni wodnej własnymi rękami w celu oszczędzania energii elektrycznej jest całkiem możliwe. Co więcej, możesz użyć zarówno gotowych komponentów, jak i improwizowanych materiałów.

Dlatego rozważymy krok po kroku produkcję najprostszej konstrukcji - koła wodnego.

Wymagane materiały i narzędzia

Aby zrobić minielektrownię wodną własnymi rękami, musisz przygotować spawarkę, szlifierkę kątową, wiertarkę i zestaw narzędzi pomocniczych - młotek, śrubokręt, linijkę.

Materiały, których będziesz potrzebować:

• Narożniki i blachy o grubości co najmniej 5 mm.
• Rury z PCV lub stali ocynkowanej do produkcji ostrzy.
• Generator (możesz użyć gotowego lub wykonać go samodzielnie, jak w tym przykładzie).
• Tarcze hamulcowe.
• Wał i łożyska.
• Sklejka.
• Żywica polistyrenowa do odlewania wirnika i stojana.
• Drut miedziany 15 mm do domowego generatora.
• Magnesy neodymowe.

Należy pamiętać, że konstrukcja koła będzie miała ciągły kontakt z wodą, dlatego elementy metalowe i drewniane należy dobierać z zabezpieczeniem przed wilgocią (lub zadbać o ich zaimpregnowanie i pomalowanie we własnym zakresie). W idealnym przypadku sklejkę można zastąpić tworzywem sztucznym, ale elementy drewniane są łatwiejsze do uzyskania i nadania im pożądanego kształtu.

Montaż kół i produkcja dysz

Podstawą samego koła mogą być dwie stalowe tarcze o tej samej średnicy (jeśli uda się wydobyć stalowy bęben z liny - świetnie, znacznie przyspieszy to proces montażu).

Ale jeśli w dostępnych materiałach nie ma metalu, można wycinać koła z wodoodpornej sklejki, chociaż wytrzymałości i żywotności nawet poddanego obróbce drewna nie można porównać ze stalą. Następnie musisz wyciąć okrągły otwór na jednym z dysków, aby zainstalować generator.

Następnie wykonuje się ostrza i potrzeba co najmniej 16 sztuk. W tym celu rury ocynkowane tnie się wzdłuż na dwie lub cztery części (w zależności od średnicy). Następnie obszary cięcia i powierzchnię samych ostrzy należy wypolerować, aby zmniejszyć straty energii na skutek tarcia.

Łopatki są zamontowane pod kątem około 40-45 stopni – pomoże to zwiększyć powierzchnię, na którą będzie oddziaływać siła przepływu

Odległość pomiędzy obydwoma bocznymi talerzami powinna być jak najbardziej zbliżona do długości ostrzy. Aby oznaczyć lokalizację przyszłych piast, zaleca się wykonanie szablonu ze sklejki, na którym zaznaczone zostanie położenie każdej części oraz otwór do mocowania koła do generatora. Gotowe oznaczenia można przykleić na zewnątrz jednego z dysków.

Następnie koła są instalowane równolegle do siebie za pomocą solidnych prętów gwintowanych, a ostrza są spawane lub skręcane w żądanych pozycjach. Bęben będzie się obracał na łożyskach, a jako podporę wykorzystana zostanie rama wykonana z kątowników lub rur o małej średnicy.

Na tym etapie montaż bębna można uznać za zakończony, pozostaje tylko wyposażyć go w domowy generator i dyszę kierującą przepływem wody

Dysza przeznaczona jest do kaskadowych źródeł wody – taka instalacja pozwoli maksymalnie wykorzystać energię przepływu. Ten element pomocniczy wykonuje się poprzez zagięcie blachy, następnie zespawanie szwów, a następnie zamontowanie na rurze.

Jeśli jednak na Twoim obszarze występuje płaska rzeka bez bystrzy i innych przeszkód położonych na dużych wysokościach, ten szczegół nie jest konieczny.

Ważne jest, aby szerokość wylotu dyszy odpowiadała szerokości samego koła, w przeciwnym razie część strumienia przejdzie „na biegu jałowym” i nie dotrze do łopatek

Teraz należy zamontować koło na osi i zamontować na wsporniku wykonanym ze spawanych lub skręcanych narożników. Pozostaje tylko zrobić generator (lub zamontować gotowy) i można jechać nad rzekę.

Generator DIY

Aby zrobić domowy generator, musisz nawinąć i napełnić stojan, do którego będziesz potrzebować cewek po 125 zwojów drutu miedzianego na każdej. Po ich połączeniu cała konstrukcja zostaje wypełniona żywicą poliestrową.

Każda faza składa się z trzech pasm połączonych szeregowo, dzięki czemu można wykonać połączenie w kształcie gwiazdy lub trójkąta z kilkoma zewnętrznymi przewodami

Teraz musisz przygotować szablon ze sklejki pasujący do rozmiaru tarczy hamulcowej.

Na drewnianym pierścieniu wykonano oznaczenia oraz wycięcia do montażu magnesów (w tym przypadku zastosowano magnesy neodymowe o grubości 1,3 cm, szerokości 2,5 cm i długości 5 cm). Następnie powstały wirnik również wypełnia się żywicą, a po wyschnięciu mocuje się go do bębna koła.

Koło wodne z wirnikiem wykonanym z tarcz hamulcowych i generatorem wykonanym z cewek drutu miedzianego - pomalowane, reprezentacyjne i gotowe do użycia

Ostatnią rzeczą do zamontowania jest aluminiowa obudowa z amperomierzem zakrywająca prostowniki. Zadaniem tych elementów jest zamiana prądu trójfazowego na prąd stały.

Po zamontowaniu koła w nurcie małej rzeki z kaskadą lub rurą wylotową można liczyć na wydajność minielektrowni wodnej 1,9A*12V przy 110 obr/min

Aby zapobiec przedostawaniu się liści, piasku i innych zanieczyszczeń wnoszonych wraz z przepływem do koła, zaleca się umieszczenie przed urządzeniem siatki ochronnej.

Możesz także poeksperymentować ze szczelinami między magnesami i cewkami o zwiększonej liczbie zwojów, aby zwiększyć wydajność stacji hydraulicznej.

O wszystkich typach alternatywne źródła energii Dowiesz się tego czytając artykuł poświęcony wprowadzaniu „zielonych technologii” do życia codziennego.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Wideo nr 1. Przykład działającej instalacji hydraulicznej z domowym generatorem opartym na silniku trójfazowym:

Wideo nr 2. Minielektrownia wodna zbudowana na zasadzie koła wodnego:

Wideo nr 3. Stacja oparta na kole rowerowym to ciekawa opcja rozwiązania problemu zaopatrzenia w energię na wakacjach z dala od cywilizacji:

Jak widać, zbudowanie minielektrowni wodnej własnymi rękami nie jest takie trudne. Ponieważ jednak większość obliczeń i parametrów jego komponentów określa się „na oko”, należy przygotować się na możliwe awarie i związane z nimi koszty.

Jeśli czujesz, że brakuje Ci wiedzy i doświadczenia w tym zakresie, warto zaufać specjalistom, którzy wykonają wszystkie niezbędne obliczenia, zarekomendują optymalny dla Twojego przypadku sprzęt i sprawnie go zainstalują.

Proszę pisać komentarze w bloku poniżej. Podziel się ciekawymi informacjami i przydatnymi rekomendacjami, zostaw zdjęcia tematyczne.Być może chcesz nam opowiedzieć, jak własnoręcznie zbudowałeś funkcjonującą elektrownię wodną na podmiejskiej działce? Z przyjemnością przeczytamy Twoją historię dotyczącą procesu i działania urządzenia.