Hidroelektrostacija “dari pats”: kā izveidot autonomu mini-hidroelektrostaciju

Ūdens straumes stiprā puse ir atjaunojams dabas resurss, kas ļauj saņemt gandrīz bezmaksas elektrību. Dabas ziedotā enerģija sniegs iespēju ietaupīt uz komunālajiem pakalpojumiem un atrisināt problēmu ar uzlādēšanas aprīkojumu.

Ja netālu no jūsu mājām plūst straume vai upe, tos ir vērts izmantot. Viņi varēs piegādāt elektrību zemes gabalam un mājai. Un pat tad, ja tiek uzcelta hidroelektrostacija "dari pats", ekonomiskais efekts ievērojami palielinās.

Piedāvātajā rakstā sīki aprakstīta privāto hidraulisko būvju ražošanas tehnoloģija. Mēs runājām par to, kas nepieciešams, lai izveidotu sistēmu un savienotu to ar patērētājiem. Šeit jūs uzzināsit par visām miniatūru enerģijas piegādātāju iespējām, kas izgatavotas no improvizētiem materiāliem.

Hidroelektrostacijas

Hidroelektrostacijas ir struktūras, kas spēj pārvērst ūdens kustības enerģiju elektrībā. Alternatīvie zaļās elektroenerģijas piegādātāji kamēr to aktīvi izmanto tikai rietumos. Mūsu valsts teritorijā šī daudzsološā nozare tikai sper pirmos kautrīgos soļus.

Mazas privātas hidroelektrostacijas var būt aizsprosti uz lielām upēm, kas ģenerē no duci līdz vairākiem simtiem megavatu, vai mini-hidroelektrostacijas ar maksimālo jaudu 100 kW, kas ir pietiekami privātmājas vajadzībām. Šeit par pēdējo un uzziniet vairāk.

Hidraulisko skrūvju stacija

Konstrukcija sastāv no rotoru ķēdes, kas piestiprināta uz elastīga tērauda kabeļa, velk pāri upei. Kabelis pats spēlē rotācijas vārpstas lomu, kuras viens gals ir fiksēts uz atbalsta gultņa, bet otrs aktivizē ģeneratora vārpstu.

Katrs “vītnes” hidrauliskais rotors spēj radīt aptuveni 2 kW enerģijas, lai gan ūdens plūsmas ātrumam tam jābūt vismaz 2,5 metriem sekundē, un rezervuāra dziļumam nevajadzētu pārsniegt 1,5 m.

Vītnes hidroelektrostacijas darbības princips ir vienkāršs: ūdens spiediens vērpj hidrauliskās skrūves, un tās pagriež kabeli un piespiež ģeneratoru ģenerēt enerģiju

Garland stacijas tika veiksmīgi izmantotas jau pagājušā gadsimta vidū, bet tad skrūvju lomu spēlēja pašdarināti dzenskrūves un pat skārda kārbas. Mūsdienās ražotāji piedāvā vairāku veidu rotorus dažādiem darbības apstākļiem.

Tie ir aprīkoti ar dažāda izmēra asmeņiem, kas izgatavoti no lokšņu metāla, un ļauj stacijas darbībai iegūt maksimālu efektivitāti.

Bet, kaut arī šo hidroģeneratoru ir diezgan vienkārši izgatavot, tā darbība ir saistīta ar vairākiem īpašiem nosacījumiem, kas ne vienmēr ir realizējami reālajā dzīvē. Šādas struktūras bloķē upes gultni, un maz ticams, ka kaimiņi gar krastu, nemaz nerunājot par vides dienestu pārstāvjiem, ļaus jūsu vajadzībām izmantot plūsmas enerģiju.

Turklāt ziemā ierīci var izmantot tikai nesasalšanas ūdenstilpēs, un skarbā klimatā to var saglabāt vai demontēt. Tāpēc vītņu stacijas tiek uzceltas īslaicīgi un galvenokārt neapdzīvotā vietā (piemēram, netālu no vasaras ganībām).

Rotora stacijas ar jaudu no 1 līdz 15 kW / h mēnesī rada līdz 9,3 MW un ļauj neatkarīgi risināt elektrifikācijas problēmu reģionos, kas atrodas tālu no centrālajām automaģistrālēm

Mūsdienīgs margrietiņu ķēdes uzstādīšanas analogs ir zemūdens vai plūdmaiņu karkasa stacijas ar šķērsvirziena rotoriem. Atšķirībā no viņu vītņu priekšteča, šīs struktūras neaizsedz visu upi, bet izmanto tikai daļu no kanāla, un tās var uzstādīt uz pontona / plosta vai pilnībā nolaist līdz rezervuāra apakšai.

Vertikālais rotors Darier

Dariera rotors ir turbīnas ierīce, kas 1931. gadā tika nosaukta par godu tā izgudrotājam.Sistēma sastāv no vairākiem aerodinamiskiem asmeņiem, kas piestiprināti pie radiālajām sijām, un tā darbojas atšķirīga spiediena dēļ uz “pacelšanas spārna” principu, kas ir plaši iesaistīts kuģu būvē un aviācijā.

Lai gan šie augi tiek vairāk izmantoti vēja ģeneratoru radīšanai, viņi var strādāt ar ūdeni. Bet šajā gadījumā ir nepieciešami precīzi aprēķini, lai izvēlētos lāpstiņu biezumu un platumu atbilstoši ūdens straumes stiprumam.

Dariera rotors atgādina “vējdzirnavas”, kas uzstādīts tikai zem ūdens, un tas var darboties neatkarīgi no sezonālās plūsmas ātruma svārstībām

Vietējo hidroelektrostaciju izveidošanai reti tiek izmantoti vertikālie rotori. Neskatoties uz labajiem darbības rādītājiem un šķietamo dizaina vienkāršību, aprīkojumu ir diezgan grūti darbināt.

Pirms darba uzsākšanas sistēmai jābūt "nesaistītai", bet tikai rezervuāra sasalšana var apturēt darbojošos staciju. Tāpēc Darier rotoru galvenokārt izmanto rūpniecības uzņēmumos.

Interesantu risinājumu mazu hidroelektrostaciju ar vertikāli darbināmu turbīnu projektēšanas jomā ierosināja Austrijas izgudrotājs Francs Zotloterers:

Virpuļvannu svarīgā priekšrocība pamatoti tiek uzskatīta par zivju resursu saglabāšanu. Vertikālas turbīnas darbība nekaitē upes dzīvajiem organismiem. Turklāt dubļi nepakavējas pie konstrukciju sienām ūdens plūsmas īpašās kustības dēļ.

Zemūdens dzenskrūve

Faktiski tas ir vieglākais vējdzirnavas, tas ir uzstādīts tikai zem ūdens. Asmeņu izmēri, lai nodrošinātu maksimālu griešanās ātrumu un minimālu pretestību, tiek aprēķināti atkarībā no plūsmas stipruma. Piemēram, ja plūsmas ātrums nepārsniedz 2 m / s, tad lāpstiņas platumam jābūt 2-3 cm robežās.

Zemūdens dzenskrūvi ir viegli izgatavot ar savām rokām, taču tā ir piemērota tikai dziļām un ātrām upēm - seklā dīķī rotējoši asmeņi var radīt traumas zvejniekiem, peldētājiem, ūdensputniem un dzīvniekiem

Šāds vējdzirnavas ir uzstādīts “virzienā” pret plūsmu, bet tā asmeņi nedarbojas ūdens spiediena ietekmē, bet gan celšanas spēka rašanās dēļ (pēc lidmašīnas spārna vai kuģa dzenskrūves principa).

Ūdens ritenis ar asmeņiem

Ūdens ritenis ir viena no vienkāršākajām hidrauliskā motora iespējām, kas pazīstama kopš Romas impērijas laikiem. Tās darba efektivitāte lielā mērā ir atkarīga no avota veida, kurā tā tika uzstādīta.

Liešanas ritenis var griezties tikai caurplūduma dēļ, un liešanas riteni var pagriezt, izmantojot spiedienu un ūdens svaru, kas no augšas plūst uz lāpstiņām

Atkarībā no ūdensteces dziļuma un kanāla, var uzstādīt dažāda veida riteņus:

• Zemūdene (vai zemāka līmeņa) - Piemērots seklajām upēm ar ātru plūsmu.
• Vidusdaļa - atrodas kanālos ar dabiskām kaskādēm tā, lai straume plūst aptuveni rotējošās bungas vidū.
• Beztaras (vai augšējā bedre) - ir uzstādīti zem aizsprosta, caurules vai dabiskā sliekšņa apakšā, lai krītošais ūdens turpinātu cauri riteņa augšdaļai.

Bet visu variantu darbības princips ir viens un tas pats: ūdens iekļūst asmeņos un dzen riteni, kas liek ģeneratoru mini spēkstacijai pagriezt.

Hidraulisko iekārtu ražotāji piedāvā plauktās turbīnas, kuru asmeņi ir īpaši pielāgoti noteiktam ūdens plūsmas ātrumam. Bet mājas amatnieki bungu struktūras veido vecmodīgi - no improvizētiem materiāliem.

Tālāk sniegtā fotoattēlu izlase palīdzēs jums iepazīties ar mini hidroelektrostacijas vienkāršākās versijas izveides soļiem:

Varbūt optimizācijas trūkums ietekmēs efektivitātes rādītājus, bet pašmāju aprīkojuma izmaksas maksās vairākas reizes lētāk nekā iegādātais līdzinieks. Tāpēc ūdens ritenis ir vispopulārākais variants, lai organizētu savu mini-hidroelektrostaciju.

Nosacījumi hidroelektrostacijas uzstādīšanai

Neskatoties uz hidroģeneratora enerģijas vilinošo lētumu, ir svarīgi ņemt vērā ūdens avota īpašības, kuru resursus plānojat izmantot savām vajadzībām.

Patiešām, ne katrs ūdenstece ir piemērots mini-hidroelektrostacijas darbībai, it īpaši visu gadu, tāpēc tas nesāpēs, ja būs iespēja izveidot savienojumu ar centralizētu šoseju rezervē.

Daži plusi un mīnusi

Atsevišķas hidroelektrostacijas galvenās priekšrocības ir acīmredzamas: lēts aprīkojums, kas ražo lētu elektrību, nekaitē dabai (atšķirībā no aizsprostiem, kas bloķē upes straumi). Lai gan sistēmu nevar saukt par absolūti drošu, joprojām rotējošie turbīnu elementi var savainot zemūdens pasaules iedzīvotājus un pat cilvēkus.

Lai novērstu negadījumus, hidroelektrostacija ir jāaizsargā, un, ja sistēmu pilnībā slēpj ūdens - krastā uzstādiet brīdinājuma zīmi

Mini-hidro priekšrocības:

1. Atšķirībā no citiem “bezmaksas” enerģijas avotiem (saules paneļiem, vēja ģeneratoriem), hidrauliskās sistēmas var darboties neatkarīgi no diennakts laika vai laika apstākļiem. Vienīgais, kas tos var novērst, ir rezervuāra sasalšana.
2. Hidroģeneratora uzstādīšanai nav nepieciešama liela upe - tos pašus ūdens riteņus var veiksmīgi izmantot pat mazās (bet ātri!) Straumēs.
3. Iekārtas neizdala kaitīgas vielas, nepiesārņo ūdeni un darbojas gandrīz klusi.
4. Mini-hidroelektrostaciju ar jaudu līdz 100 kW uzstādīšanai jums nav jāsastāda atļaujas (lai gan tas viss ir atkarīgs no vietējām varas iestādēm un uzstādīšanas veida).
5. Elektroenerģijas pārpalikumu var pārdot kaimiņu mājām.

Runājot par trūkumiem, nepietiekams plūsmas spēks var kļūt par nopietnu šķērsli produktīvai iekārtas darbībai. Šajā gadījumā būs nepieciešams uzcelt palīgkonstrukcijas, kas rada papildu izmaksas.

Ja tuvumā esošās upes potenciālā enerģija nav pietiekama aptuveniem aprēķiniem, lai saražotu elektroenerģiju praktiskā izmantošanā pietiekamā daudzumā, ir vērts pievērst uzmanību vēja turbīnu būvniecības metodes. Vējdzirnavas kalpos kā efektīvs papildinājums.

Ūdens plūsmas mērīšana

Pirmā lieta, kas jums jāpiedomā par stacijas uzstādīšanas veidu un metodi, ir izmērīt ūdens plūsmas ātrumu izvēlētajā avotā.

Vienkāršākais veids ir nolaist uz krācēm jebkuru vieglu priekšmetu (piemēram, tenisa bumbiņu, putupolistirola gabalu vai makšķerēšanas pludiņu) un apturēt laiku, līdz kuram peldētājs pārsniegs attālumu līdz kādam orientierim. Standarta attālums "peldēšanai" ir 10 metri.

Ja dīķis atrodas tālu no mājām, varat izveidot filiāles kanālu vai cauruļvadu un vienlaikus rūpēties par augstuma atšķirībām

Tagad nobrauktais attālums metros jāsadala ar sekunžu skaitu - tas būs strāvas ātrums. Bet, ja iegūtā vērtība ir mazāka par 1 m / s, būs jāpaaugstina mākslīgās struktūras, lai paātrinātu plūsmu ar augstuma atšķirībām.

To var izdarīt ar saliekamu aizsprostu vai šauru kanalizācijas cauruli. Bet bez labas plūsmas ideja par hidroelektrostaciju būs jāatsakās.

Hidroelektrostaciju ražošana uz ūdens riteņa bāzes

Protams, ideja no fantāzijas ir salikt “uz viena ceļgala” un uzbūvēt kolosu, kas paredzēts uzņēmuma vai apdzīvotas vietas apkalpošanai pat no duci māju. Bet būvēt mini-hidroelektrostaciju ar savām rokām, lai ietaupītu elektrību, ir diezgan reāli. Turklāt jūs varat izmantot gan gatavās sastāvdaļas, gan improvizētus materiālus.

Tāpēc mēs apsveram pakāpeniskas vienkāršākās konstrukcijas - ūdens riteņa - ražošanu.

Nepieciešamie materiāli un instrumenti

Lai ar savām rokām izgatavotu mini-hidroelektrostaciju, jums jāsagatavo metināšanas mašīna, dzirnaviņas, urbis un palīginstrumentu komplekts - āmurs, skrūvgriezis, lineāls.

No nepieciešamajiem materiāliem:

• Stūri un lokšņu metāls, kura biezums ir vismaz 5 mm.
• Asmeņu ražošanai paredzētas caurules no PVC vai cinkota tērauda.
• Ģenerators (jūs varat izmantot gatavu vai pats to izgatavot, kā šajā piemērā).
• Bremžu diski.
• Vārpsta un gultņi.
• Saplāksnis.
• Polistirola sveķi rotora un statora piepildīšanai.
• 15 mm vara stieple maiņas ģeneratoram.
• Neodīma magnēti.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka riteņu dizains pastāvīgi atradīsies saskarē ar ūdeni, tāpēc metāla un koka elementi jāizvēlas ar aizsardzību no mitruma (vai arī pats parūpējieties par to piesūcināšanu un krāsošanu). Ideālā gadījumā saplāksni var aizstāt ar plastmasu, bet koka detaļas ir vieglāk iegūt un veidot.

Riteņu montāža un sprauslu izgatavošana

Paša riteņa pamats var būt divi tērauda diski ar vienādu diametru (ja no kabeļa ir iespējams iegūt tērauda bungas - labi, tas ievērojami paātrinās montāžas procesu).

Bet, ja pie šiem materiāliem metāls netika atrasts, no ūdensnecaurlaidīga saplākšņa ir iespējams griezt apļus, lai arī pat apstrādātas koksnes stiprību un izturību nevar salīdzināt ar tēraudu. Tad uz viena no diskiem jums jāizgriež apaļš caurums ģeneratora uzstādīšanai.

Pēc tam tiek izgatavoti asmeņi, un tiem būs nepieciešami vismaz 16 gab. Šim nolūkam cinkotas caurules tiek sagrieztas gareniski divās vai četrās daļās (atkarībā no diametra). Pēc tam slīpēšanas vietas un pašu asmeņu virsma ir jānoslīpē, lai samazinātu enerģijas zudumus berzes laikā.

Lāpstiņas ir uzstādītas aptuveni 40-45 grādu leņķī - tas palīdzēs palielināt virsmas laukumu, kuru ietekmēs plūsmas spēks

Attālumam starp diviem sānu diskiem jābūt pēc iespējas tuvākiem asmeņu garumam. Lai ieskicētu vietu nākotnes mezglu izvietojumam, no saplākšņa ieteicams izgatavot veidni, uz kuras tiks norādīta vieta katrai daļai un caurums riteņa piestiprināšanai pie ģeneratora. Gatavo marķējumu var piestiprināt pie viena no diskdziņiem.

Tad loki tiek uzstādīti paralēli viens otram, izmantojot stieņus ar cieto vītni, un asmeņus metina vai piestiprina ar skrūvēm vēlamajās pozīcijās. Bungas rotēs uz gultņiem, un kā balstu tiek izmantots stūra vai neliela diametra cauruļu rāmis.

Šajā posmā bungu komplektu var uzskatīt par pabeigtu, atliek to aprīkot ar pašdarinātu ģeneratoru un sprauslu, kas virza ūdens plūsmu

Sprausla ir paredzēta kaskādes tipa ūdens avotiem - šāds iestatījums ļaus maksimāli izmantot plūsmas enerģiju. Šis papildu elements tiek izgatavots, saliekot lokšņu metālu ar sekojošu šuvju metināšanu, un pēc tam tas tiek uzstādīts uz caurules.

Tomēr, ja jūsu apkārtnē plūst līdzena upe bez krācēm un citiem augstkalnu šķēršļiem, šī detaļa nav nepieciešama.

Ir svarīgi, lai sprauslas izejas atveres platums atbilstu paša riteņa platumam, pretējā gadījumā daļa plūsmas darbosies tukšgaitā, nenokļūstot uz asmeņiem.

Tagad ritenis ir jāuzmontē uz ass un jāuzstāda uz balsta no stūriem, kas ir metināti vai pieskrūvēti kopā. Atliek izgatavot ģeneratoru (vai instalēt to gatavu), un jūs varat doties uz upi.

DIY ģenerators

Lai izgatavotu mājās gatavotu ģeneratoru, jums jāizgatavo statora tinums un jāaizpilda, kuram jums ir vajadzīgas spoles ar 125 vara stieples pagriezieniem katrā. Pēc pievienošanās tiem visu struktūru ielej ar poliestera sveķiem.

Katru fāzi veido trīs secīgi piestiprināti spoļi, tāpēc savienojumu var izveidot zvaigznes vai trīsstūra formā ar vairākiem ārējiem vadiem.

Tagad jums ir jāsagatavo saplākšņa veidne, kas atbilst bremžu diska lielumam.

Marķējumi tiek veikti uz koka gredzena un tiek izveidotas spraugas magnētu uzstādīšanai (šajā gadījumā tika izmantoti neodīma magnēti, kuru biezums bija 1,3 cm, platums 2,5 cm un garums 5 cm). Tad iegūto rotoru piepilda arī ar sveķiem, un pēc žāvēšanas tas tiek piestiprināts pie riteņa bungas.

Ūdens ritenis ar bremžu diska rotoru un vara stieples spoles ģenerators - krāsots, reprezentabls un gatavs lietošanai

Pēdējais uzstādītais alumīnija korpuss ar ampērmetru, kas nosedz taisngrieži. Šo elementu uzdevums ir pārveidot trīsfāzu strāvu līdzstrāvā.

Pēc riteņa uzstādīšanas nelielas upes straumē ar kaskādi vai apvada cauruli, jūs varat paļauties uz mini-hidroelektrostacijas veiktspēju pie 1,9A * 12V ar 110 apgriezieniem minūtē.

Lai lapas, smiltis un citi gruveši, kas ienesti straumē, nenokristu ritenī, ieteicams ierīces priekšā ievietot aizsargājošu tīklu.

Varat arī eksperimentēt ar spraugām starp magnētiem un spolēm ar palielinātu pagriezienu skaitu, lai palielinātu hidroelektrostacijas efektivitāti.

Par visiem veidiem alternatīvie enerģijas avoti Jūs uzzināsit, izlasot rakstu par zaļo tehnoloģiju ieviešanu ikdienas dzīvē.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

1. videoklips. Darbojošās hidrauliskās instalācijas piemērs ar pašizveidotu ģeneratoru, kura pamatā ir trīsfāzu motors:

2. video. Ar ūdeni darbināma mini hidroelektrostacija:

3. video.Stacija, kas balstīta uz velosipēda riteni, ir interesants enerģijas problēmas problēmas risinājums atvaļinājumā tālu no civilizācijas:

Kā redzat, ūdens mini spēkstacijas celtniecība ar savām rokām nav tik grūta. Bet, tā kā lielāko daļu aprēķinu un tā sastāvdaļu parametrus nosaka “acīs”, ir jābūt gataviem iespējamiem sadalījumiem un saistītajām izmaksām.

Ja jūtat zināšanu un pieredzes trūkumu šajā jomā, ir vērts uzticēties speciālistiem, kuri veiks visus nepieciešamos aprēķinus, ieteiks jūsu gadījumam optimālo aprīkojumu un kvalitatīvi to uzstādīs.

Lūdzu, rakstiet komentārus zemāk esošajā blokā. Kopīgojiet interesantu informāciju un noderīgus ieteikumus, atstājiet tematiskas fotogrāfijas. Varbūt vēlaties pastāstīt, kā jūs uzbūvējāt savu hidroelektrostaciju piepilsētas vietā? Mēs ar prieku izlasīsim jūsu stāstu par ierīces procesu un darbību.