Gør-det-selv vandkraftværk: hvordan man bygger et autonomt mini-vandkraftværk

Kraften i vandstrømmen er en vedvarende naturressource, der giver dig mulighed for at få stort set gratis elektricitet.Den energi, som naturen donerer, vil give mulighed for at spare på forsyningerne og løse problemet med genopladning af udstyr.

Hvis der løber en å eller en flod i nærheden af ​​dit hjem, er det værd at udnytte det. De vil kunne levere strøm til pladsen og huset. Og hvis du bygger et vandkraftværk med dine egne hænder, øges den økonomiske effekt betydeligt.

Den præsenterede artikel beskriver i detaljer fremstillingsteknologierne for private hydrauliske strukturer. Vi talte om, hvad der kræves for at sætte systemet op og forbinde det til forbrugerne. Her vil du lære om alle mulighederne for miniature energileverandører samlet af skrotmaterialer.

Vandkraftværker til ikke-industrielle formål

Vandkraftværker er strukturer, der kan omdanne energien fra vandbevægelse til elektricitet. Alternative grønne energileverandører indtil videre udnyttes de aktivt kun i Vesten. I vores land tager denne lovende industri kun sine første frygtsomme skridt.

Små private vandkraftværker kan være dæmninger på store floder, der genererer fra ti til flere hundrede megawatt, eller mini-vandkraftværker med en maksimal effekt på 100 kW, hvilket er ganske nok til et privat hjems behov. Lad os finde ud af mere om sidstnævnte.

Garlandstation med hydrauliske skruer

Strukturen består af en kæde af rotorer fastgjort til et fleksibelt stålkabel, der er strakt hen over floden. Selve kablet spiller rollen som en rotationsaksel, hvis den ene ende er fastgjort til støttelejet, og den anden aktiverer generatorakslen.

Hver hydraulisk rotor i "guirlanden" er i stand til at generere omkring 2 kW energi, dog skal vandstrømningshastigheden for dette være mindst 2,5 meter i sekundet, og reservoirets dybde bør ikke overstige 1,5 m.

Princippet for driften af ​​et kransvandkraftværk er enkelt: Vandtrykket drejer de hydrauliske skruer, som roterer kablet og tvinger generatoren til at producere energi

Garland-stationer blev med succes brugt tilbage i midten af ​​forrige århundrede, men rollen som propeller blev dengang spillet af hjemmelavede propeller og endda blikdåser. I dag tilbyder producenter flere typer rotorer til forskellige driftsforhold.

De er udstyret med klinger i forskellige størrelser, lavet af metalplader, og giver dig mulighed for at opnå maksimal effektivitet fra driften af ​​stationen.

Men selvom denne hydrogenerator er ret enkel at fremstille, kræver dens drift en række specielle forhold, som ikke altid er gennemførlige i det virkelige liv. Sådanne strukturer blokerer flodsengen, og det er usandsynligt, at dine naboer langs bredden, for ikke at nævne repræsentanter for miljøtjenester, giver dig mulighed for at bruge strømmens energi til dine formål.

Derudover kan installationen om vinteren kun bruges på ikke-frysende reservoirer, og i barske klimaer kan den bevares eller demonteres. Derfor opføres guirlandestationer midlertidigt og hovedsageligt i øde områder (f.eks. nær sommeroverdrev).

Rotationsstationer med en kapacitet på 1 til 15 kW/time genererer op til 9,3 MW om måneden og giver dig mulighed for selvstændigt at løse problemet med elektrificering i regioner fjernt fra centraliserede motorveje

En moderne analog af en kransinstallation er nedsænkelige eller flydende rammestationer med tværgående rotorer. I modsætning til deres guirlande-forgænger blokerer disse strukturer ikke hele floden, men bruger kun en del af flodlejet, og de kan installeres på en ponton/flåde eller endda sænkes til bunden af ​​reservoiret.

Lodret Daria rotor

Darrieus-rotoren er en turbineanordning, der blev opkaldt efter sin opfinder i 1931. Systemet består af flere aerodynamiske vinger, der er fastgjort på radiale bjælker og fungerer ved differenstryk ved hjælp af "løftevinge"-princippet, som er meget brugt i skibsbygning og luftfart.

Selvom sådanne installationer for det meste bruges til at skabe vindgeneratorer, kan de også arbejde med vand. Men i dette tilfælde er det nødvendigt med præcise beregninger for at vælge tykkelsen og bredden af ​​bladene i overensstemmelse med styrken af ​​vandstrømmen.

Daria-rotoren ligner en "vindmølle", kun installeret under vand, og den kan fungere uanset sæsonbestemte udsving i strømningshastigheden

Lodrette rotorer bruges sjældent til at skabe lokale vandkraftværker. På trods af de gode effektivitetsindikatorer og den tilsyneladende enkelhed i designet er udstyret ret komplekst at betjene.

Før arbejdet påbegyndes, skal systemet "spindes op", men kun frysning af reservoiret kan stoppe kørestationen. Derfor bruges Darrieus-rotoren hovedsageligt i industrielle virksomheder.

En interessant løsning inden for design af små vandkraftværker med en vertikalt fungerende turbine blev foreslået af den østrigske opfinder Franz Zotleterer:

En væsentlig fordel ved whirlpool-stationer anses ganske rigtigt for at være bevarelsen af ​​fiskeressourcer. Driften af ​​en lodret turbine skader ikke levende organismer i floden. Desuden dvæler mudder ikke på væggene i strukturer på grund af vandstrømmens specifikke bevægelse.

Undervands skruepropel

Faktisk er dette den enkleste luftvindmølle, kun den er installeret under vand. Vingenes dimensioner, for at sikre maksimal rotationshastighed og minimal modstand, beregnes afhængigt af strømningskraften.For eksempel, hvis den aktuelle hastighed ikke overstiger 2 m/sek., skal bladets bredde være inden for 2-3 cm.

En undervandspropel er nem at lave med egne hænder, men den er kun egnet til dybe og hurtige floder - i et lavt vandområde kan roterende blade forårsage skader på fiskere, svømmere, vandfugle og dyr

En sådan vindmølle er installeret "mod" strømmen, men dens blade fungerer ikke på grund af trykket fra vandtrykket, men på grund af genereringen af ​​løftekraft (efter princippet om en flyvinge eller en skibspropel).

Vandhjul med klinger

Et vandhjul er en af ​​de enkleste versioner af en hydraulisk motor, kendt siden Romerrigets tid. Effektiviteten af ​​dens drift afhænger i høj grad af den type kilde, den er installeret på.

Hældehjulet kan kun rotere på grund af strømningshastigheden, og påfyldningshjulet kan kun rotere ved hjælp af trykket og vægten af ​​vandet, der falder ovenfra på knivene

Afhængig af vandløbets dybde og bund kan der monteres forskellige typer hjul:

• Sovs (eller bund) – velegnet til lavvandede floder med hurtige strømme.
• Mellem rækkevidde – er placeret i kanaler med naturlige kaskader, så flowet falder cirka midt i den roterende tromle.
• Væske (eller overhead) – installeres under en dæmning, et rør eller i bunden af ​​et naturligt vandfald, så det faldende vand fortsætter sin vej over toppen af ​​hjulet.

Men driftsprincippet for alle muligheder er det samme: Vand falder på knivene og driver et hjul, hvilket får generatoren til minikraftværket til at rotere.

Producenter af hydraulisk udstyr tilbyder færdige turbiner, hvis vinger er specielt tilpasset til en vis hastighed af vandstrømmen.Men hjemmehåndværkere laver trommestrukturer på gammeldags måde - af skrotmaterialer.

Følgende fotovalg hjælper dig med at blive bekendt med trinene til at konstruere den enkleste version af et mini vandkraftværk:

Måske vil manglen på optimering påvirke effektivitetsindikatorer, men prisen på hjemmelavet udstyr vil være flere gange billigere end en købt analog. Derfor er et vandhjul den mest populære mulighed for at organisere dit eget mini-vandkraftværk.

Betingelser for installation af et vandkraftværk

På trods af den fristende billighed ved den energi, der genereres af en hydrogenerator, er det vigtigt at tage højde for egenskaberne ved den vandkilde, hvis ressourcer du planlægger at bruge til dine egne behov.

Det er trods alt ikke ethvert vandløb, der er egnet til drift af et minivandkraftværk, især året rundt, så det skader ikke at have i reserve muligheden for tilslutning til en centraliseret hovedledning.

Et par fordele og ulemper

De vigtigste fordele ved et individuelt vandkraftværk er indlysende: billigt udstyr, der genererer billig elektricitet og heller ikke skader naturen (i modsætning til dæmninger, der blokerer for strømmen af ​​en flod). Selvom systemet ikke kan kaldes absolut sikkert, kan de roterende elementer i turbinerne stadig forårsage skader på indbyggerne i den undersøiske verden og endda mennesker.

For at forhindre ulykker skal vandkraftstationen være indhegnet, og hvis anlægget er helt skjult af vand, skal der opsættes et advarselsskilt på kysten

Fordele ved mini-vandkraftværker:

1. I modsætning til andre "gratis" energikilder (solpaneler, vindgeneratorer) kan hydrauliske systemer fungere uanset tidspunkt på dagen og vejr. Det eneste, der kan stoppe dem, er frysning af reservoiret.
2. For at installere en hydrogenerator er det ikke nødvendigt at have en stor flod - de samme vandhjul kan med succes bruges selv i små (men hurtige!) vandløb.
3. Enhederne afgiver ikke skadelige stoffer, forurener ikke vand og fungerer næsten lydløst.
4. For at installere et mini-vandkraftværk med en kapacitet på op til 100 kW behøver du ikke at indhente tilladelser (selvom alt afhænger af de lokale myndigheder og typen af ​​installation).
5. Overskydende el kan sælges til nabohuse.

Hvad angår ulemperne, kan utilstrækkelig strømstyrke blive en alvorlig hindring for den produktive drift af udstyret. I dette tilfælde vil det være nødvendigt at bygge hjælpestrukturer, hvilket medfører ekstra omkostninger.

Hvis den potentielle energi i en nærliggende flod, baseret på en omtrentlig beregning, ikke er nok til at generere elektricitet i et volumen, der er tilstrækkeligt til praktisk brug, er det værd at være opmærksom på metoder til konstruktion af vindgeneratorer. En vindmølle vil fungere som en effektiv tilføjelse.

Måling af styrken af ​​vandstrømmen

Den første ting du skal gøre for at tænke på typen og metoden til installation af stationen er at måle vandstrømmens hastighed ved din yndlingskilde.

Den nemmeste måde er at sænke enhver let genstand (f.eks. en tennisbold, et stykke skumplast eller en fiskeflyder) ned på strømfaldene og bruge et stopur til at måle den tid, det tager for det at svømme afstanden til et vartegn. . Standardafstanden for "svømningen" er 10 meter.

Hvis reservoiret er placeret langt fra huset, kan du bygge en afledningskanal eller rørledning og samtidig tage dig af højdeforskelle

Nu skal du dividere den tilbagelagte afstand i meter med antallet af sekunder - dette vil være strømmens hastighed.Men hvis den resulterende værdi er mindre end 1 m/sek., vil det være nødvendigt at opføre kunstige strukturer for at fremskynde flowet på grund af højdeændringer.

Dette kan gøres ved hjælp af en sammenfoldelig dæmning eller et smalt afløbsrør. Men uden et godt flow skal ideen om en vandkraftstation opgives.

Produktion af vandkraftværk baseret på et vandhjul

Selvfølgelig er det en idé fra science fiction-området at samle og opføre en kolos designet til at tjene en virksomhed eller bosættelse af endda et dusin huse. Men at bygge et mini-vandkraftværk med egne hænder for at spare elektricitet er meget muligt. Desuden kan du bruge både færdige komponenter og improviserede materialer.

Derfor vil vi overveje trin for trin fremstillingen af ​​den enkleste struktur - et vandhjul.

Nødvendige materialer og værktøj

For at lave et mini-vandkraftværk med egne hænder skal du forberede en svejsemaskine, en vinkelsliber, en boremaskine og et sæt hjælpeværktøjer - en hammer, en skruetrækker, en lineal.

Materialer du skal bruge:

• Hjørner og metalplader med en tykkelse på mindst 5 mm.
• PVC eller galvaniserede stålrør til fremstilling af klinger.
• Generator (du kan bruge en færdiglavet eller lave den selv, som i dette eksempel).
• Bremseskiver.
• Aksel og lejer.
• Krydsfiner.
• Polystyrenharpiks til støbning af rotor og stator.
• 15 mm kobbertråd til en hjemmelavet generator.
• Neodym magneter.

Bemærk venligst, at hjulstrukturen konstant vil være i kontakt med vand, så metal- og træelementer skal vælges med beskyttelse mod fugt (eller sørge for imprægnering og maling selv). Ideelt set kan krydsfiner erstattes med plast, men trædele er nemmere at få og forme til den ønskede form.

Hjulsamling og dysefremstilling

Grundlaget for selve hjulet kan være to stålskiver med samme diameter (hvis det er muligt at få ståltromlen fra kablet - fantastisk, dette vil i høj grad fremskynde monteringsprocessen).

Men hvis metal ikke findes i materialerne ved hånden, kan du skære cirkler fra vandtæt krydsfiner, selvom styrken og levetiden af ​​selv behandlet træ ikke kan sammenlignes med stål. Derefter skal du skære et rundt hul på en af ​​skiverne til installation af generatoren.

Herefter laves knivene, og der skal mindst 16 stk. For at gøre dette skæres galvaniserede rør på langs i to eller fire dele (afhængigt af diameteren). Derefter skal skæreområderne og overfladen af ​​selve knivene poleres for at reducere energitab på grund af friktion.

Bladene er installeret i en vinkel på cirka 40-45 grader - dette vil hjælpe med at øge overfladearealet, der vil blive påvirket af strømningskraften

Afstanden mellem de to sideskiver skal være så tæt som muligt på længden af ​​knivene. For at markere placeringen for fremtidige nav anbefales det at lave en skabelon af krydsfiner, som markerer placeringen for hver del og hullet til fastgørelse af hjulet til generatoren. De færdige markeringer kan sættes på ydersiden af ​​en af ​​skiverne.

Cirklerne installeres derefter parallelt med hinanden ved hjælp af solide gevindstænger, og knivene svejses eller boltes i de ønskede positioner. Tromlen vil rotere på lejer, og en ramme lavet af vinkler eller rør med lille diameter bruges som støtte.

På dette stadium kan samlingen af ​​tromlen betragtes som komplet; alt, der er tilbage, er at udstyre den med en hjemmelavet generator og en dyse, der leder vandstrømmen

Dysen er designet til vandkilder af kaskade - en sådan installation giver dig mulighed for at bruge strømningsenergien maksimalt. Dette hjælpeelement er lavet ved at bøje metalplader, efterfulgt af svejsning af sømmene og derefter monteret på et rør.

Men hvis dit område har en flad flod uden strømfald eller andre forhindringer i høj højde, er denne detalje ikke nødvendig.

Det er vigtigt, at bredden af ​​dyseudløbet svarer til bredden af ​​selve hjulet, ellers vil en del af flowet gå "tomgang" og ikke nå knivene

Nu skal hjulet monteres på akslen og monteres på en støtte lavet af svejste eller boltede hjørner. Det eneste, der er tilbage, er at lave en generator (eller installere en færdig), og du kan gå til floden.

DIY generator

For at lave en hjemmelavet generator skal du vikle og fylde statoren, for hvilken du skal bruge spoler med 125 omdrejninger af kobbertråd på hver. Efter at have forbundet dem, er hele strukturen fyldt med polyesterharpiks.

Hver fase består af tre nøster forbundet i serie, så forbindelsen kan laves i form af en stjerne eller trekant med flere eksterne ledninger

Nu skal du forberede en krydsfinerskabelon, der matcher størrelsen på bremseskiven.

Mærkninger er lavet på træringen, og der er lavet slidser til montering af magneter (i dette tilfælde blev der brugt neodymmagneter 1,3 cm tykke, 2,5 cm brede og 5 cm lange). Derefter er den resulterende rotor også fyldt med harpiks, og efter tørring fastgøres den til hjultromlen.

Vandhjul med en rotor lavet af bremseskiver og en generator lavet af spoler af kobbertråd - malet, præsentabel og klar til brug

Den sidste ting at installere er et aluminiumshus med et amperemeter, der dækker ensretterne. Disse elementers opgave er at omdanne trefaset strøm til jævnstrøm.

Efter at have installeret hjulet i strømmen af ​​en lille flod med en kaskade eller udløbsrør, kan du regne med et mini-vandkraftværks ydeevne på 1,9A * 12V ved 110 rpm

For at forhindre blade, sand og andet affald, der kommer med strømmen, i at komme ind i hjulet, er det tilrådeligt at placere et beskyttende net foran enheden.

Du kan også eksperimentere med hullerne mellem magneterne og spolerne med et øget antal drejninger for at øge effektiviteten af ​​den hydrauliske station.

Om alle typer alternative energikilder Det finder du ud af ved at læse artiklen dedikeret til introduktionen af ​​"grønne teknologier" i hverdagen.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Video #1. Et eksempel på en fungerende hydraulisk installation med en hjemmelavet generator baseret på en trefaset motor:

Video #2. Mini-vandkraftværk, designet efter princippet om et vandhjul:

Video #3. En station baseret på et cykelhjul er en interessant mulighed for at løse problemet med energiforsyning på ferie langt fra civilisationen:

Som du kan se, er det ikke så svært at bygge en vand-minikraftstation med dine egne hænder. Men da de fleste af beregningerne og parametrene for dets komponenter bestemmes "efter øjet", bør du være forberedt på mulige nedbrud og tilhørende omkostninger.

Hvis du føler mangel på viden og erfaring på dette område, bør du stole på specialister, der vil udføre alle de nødvendige beregninger, anbefale det optimale udstyr til din sag og installere det effektivt.

Skriv venligst kommentarer i blokken nedenfor. Del interessant information og nyttige anbefalinger, efterlad tematiske billeder.Måske vil du fortælle os, hvordan du byggede et fungerende vandkraftværk på en forstadsgrund med dine egne hænder? Vi vil med glæde læse din historie om enhedens proces og drift.