Gör-det-själv vattenkraftverk: hur man bygger ett autonomt minivattenkraftverk

Vattenflödets kraft är en förnybar naturresurs som gör att du kan få praktiskt taget gratis el.Energin som doneras av naturen kommer att ge en möjlighet att spara på verktyg och lösa problemet med att ladda utrustning.

Om det finns en bäck eller flod som rinner nära ditt hem är det värt att dra nytta av det. De kommer att kunna tillhandahålla el till tomten och huset. Och om du bygger ett vattenkraftverk med dina egna händer ökar den ekonomiska effekten avsevärt.

Den presenterade artikeln beskriver i detalj tillverkningstekniken för privata hydrauliska strukturer. Vi pratade om vad som krävs för att sätta upp systemet och koppla det till konsumenterna. Här får du lära dig om alla alternativ för miniatyrenergileverantörer monterade av skrotmaterial.

Vattenkraftverk för icke-industriella ändamål

Vattenkraftverk är strukturer som kan omvandla energin från vattenrörelser till elektricitet. Alternativa grön energileverantörer än så länge utnyttjas de aktivt endast i väst. I vårt land tar denna lovande industri bara sina första skygga steg.

Små privata vattenkraftverk kan vara dammar i stora floder, som genererar från tio till flera hundra megawatt, eller minivattenkraftverk med en maximal effekt på 100 kW, vilket är tillräckligt för ett privat hems behov. Låt oss ta reda på mer om det senare.

Garlandstation med hydrauliska skruvar

Strukturen består av en kedja av rotorer fästa på en flexibel stålkabel som sträcks över floden. Själva kabeln spelar rollen som en rotationsaxel, vars ena ände är fixerad på stödlagret och den andra aktiverar generatoraxeln.

Varje hydraulisk rotor i "girlanden" kan generera cirka 2 kW energi, men vattenflödeshastigheten för detta måste vara minst 2,5 meter per sekund och djupet på reservoaren bör inte överstiga 1,5 m.

Funktionsprincipen för en kransvattenkraftverk är enkel: vattentrycket snurrar de hydrauliska skruvarna, som roterar kabeln och tvingar generatorn att producera energi

Garlandstationer användes framgångsrikt redan i mitten av förra seklet, men rollen som propellrar spelades då av hemgjorda propellrar och till och med plåtburkar. Idag erbjuder tillverkare flera typer av rotorer för olika driftsförhållanden.

De är utrustade med blad av olika storlekar, gjorda av plåt, och låter dig få maximal effektivitet från driften av stationen.

Men även om denna hydrogenerator är ganska enkel att tillverka, kräver dess drift ett antal speciella förhållanden som inte alltid är genomförbara i verkligheten. Sådana strukturer blockerar flodbädden, och det är osannolikt att dina grannar längs stranden, för att inte tala om representanter för miljötjänster, tillåter dig att använda strömmens energi för dina ändamål.

Dessutom, på vintern, kan installationen endast användas på icke-frysande reservoarer, och i hårda klimat kan den bevaras eller demonteras. Därför uppförs girlandstationer tillfälligt och främst i öde områden (till exempel nära fäbodvallar).

Rotationsstationer med en kapacitet på 1 till 15 kW/timme genererar upp till 9,3 MW per månad och låter dig självständigt lösa problemet med elektrifiering i regioner långt från centraliserade motorvägar

En modern analog till en kransinstallation är nedsänkbara eller flytande ramstationer med tvärgående rotorer. Till skillnad från sin girlandföregångare blockerar dessa strukturer inte hela floden, utan använder bara en del av flodbädden, och de kan installeras på en ponton/flotte eller till och med sänkas till botten av reservoaren.

Vertikal Daria-rotor

Darrieus-rotorn är en turbinanordning som fick sitt namn efter sin uppfinnare 1931. Systemet består av flera aerodynamiska blad fästa på radiella balkar och arbetar med differentialtryck enligt principen "lyftvinge", som används flitigt inom skeppsbyggnad och flyg.

Även om sådana installationer mest används för att skapa vindkraftverk, kan de också arbeta med vatten. Men i det här fallet behövs exakta beräkningar för att välja tjocklek och bredd på bladen i enlighet med styrkan på vattenflödet.

Daria-rotorn liknar en "väderkvarn", endast installerad under vatten, och den kan fungera oavsett säsongsvariationer i flödeshastighet

Vertikala rotorer används sällan för att skapa lokala vattenkraftverk. Trots de goda effektivitetsindikatorerna och den uppenbara enkelheten i designen är utrustningen ganska komplex att använda.

Innan arbetet påbörjas måste systemet "snurras upp", men endast frysningen av reservoaren kan stoppa körstationen. Därför används Darrieus-rotorn främst i industriföretag.

En intressant lösning inom området för att designa små vattenkraftverk med en vertikalt arbetande turbin föreslogs av den österrikiske uppfinnaren Franz Zotleterer:

En betydande fördel med bubbelpoolstationer anses mycket riktigt vara bevarandet av fiskresurserna. Driften av en vertikal turbin skadar inte levande organismer i floden. Dessutom dröjer lera inte kvar på väggarna i strukturer på grund av den specifika rörelsen av vattenflödet.

Undervattensskruvpropeller

Faktum är att detta är den enklaste luftväderkvarnen, bara den är installerad under vatten. Bladens dimensioner, för att säkerställa maximal rotationshastighet och minimalt motstånd, beräknas beroende på flödets kraft.Till exempel, om den aktuella hastigheten inte överstiger 2 m/sek, bör bladets bredd vara inom 2-3 cm.

En undervattenspropeller är lätt att göra med egna händer, men den är bara lämplig för djupa och snabba floder - i en grund vattenmassa kan roterande blad orsaka skador på fiskare, simmare, sjöfåglar och djur

En sådan väderkvarn är installerad "mot" flödet, men dess blad fungerar inte på grund av trycket från vattentrycket, utan på grund av genereringen av lyftkraft (på principen om en flygplansvinge eller en fartygspropeller).

Vattenhjul med blad

Ett vattenhjul är en av de enklaste versionerna av en hydraulmotor, känd sedan Romarrikets tider. Effektiviteten av dess drift beror till stor del på vilken typ av källa den är installerad på.

Hällhjulet kan rotera endast på grund av flödets hastighet, och påfyllningshjulet kan endast rotera med hjälp av trycket och vikten av vattnet som faller ovanifrån på bladen

Beroende på vattendragets djup och bädd kan olika typer av hjul installeras:

• Sås (eller botten) – lämplig för grunda floder med snabba strömmar.
• Medellång räckvidd – ligger i kanaler med naturliga kaskader så att flödet faller ungefär i mitten av den roterande trumman.
• Vätska (eller overhead) – installeras under en damm, rör eller i botten av en naturlig fors så att det fallande vattnet fortsätter sin väg över hjulets topp.

Men funktionsprincipen för alla alternativ är densamma: vatten faller på bladen och driver ett hjul, vilket får generatorn för minikraftverket att rotera.

Tillverkare av hydraulisk utrustning erbjuder färdiga turbiner, vars blad är speciellt anpassade till en viss hastighet av vattenflödet.Men hemhantverkare gör trumkonstruktioner på gammaldags vis - av skrotmaterial.

Följande fotoval hjälper dig att bekanta dig med stegen för att konstruera den enklaste versionen av ett minivattenkraftverk:

Kanske kommer bristen på optimering att påverka effektivitetsindikatorer, men kostnaden för hemgjord utrustning kommer att vara flera gånger billigare än en köpt analog. Därför är ett vattenhjul det mest populära alternativet för att organisera ditt eget minivattenkraftverk.

Villkor för installation av ett vattenkraftverk

Trots den frestande billiga energin som genereras av en vattenkraftgenerator är det viktigt att ta hänsyn till egenskaperna hos den vattenkälla vars resurser du planerar att använda för dina egna behov.

När allt kommer omkring är inte alla vattendrag lämpliga för drift av ett minivattenkraftverk, särskilt året runt, så det skadar inte att ha i reserv möjligheten att ansluta till en centraliserad stamledning.

Några för- och nackdelar

De främsta fördelarna med ett enskilt vattenkraftverk är uppenbara: billig utrustning som genererar billig el och inte heller skadar naturen (till skillnad från dammar som blockerar flödet av en flod). Även om systemet inte kan kallas absolut säkert, kan de roterande elementen i turbinerna fortfarande orsaka skador på invånarna i undervattensvärlden och till och med människor.

För att förhindra olyckor måste vattenkraftstationen inhägnas, och om systemet är helt dold av vatten måste en varningsskylt sättas upp på stranden

Fördelar med minivattenkraftverk:

1. Till skillnad från andra "fria" energikällor (solpaneler, vindkraftverk) kan hydraulsystem fungera oavsett tid på dygnet och väder. Det enda som kan stoppa dem är frysning av reservoaren.
2. För att installera en hydrogenerator är det inte nödvändigt att ha en stor flod - samma vattenhjul kan framgångsrikt användas även i små (men snabba!) bäckar.
3. Enheterna släpper inte ut skadliga ämnen, förorenar inte vatten och fungerar nästan tyst.
4. För att installera ett mini-vattenkraftverk med en kapacitet på upp till 100 kW behöver du inte få tillstånd (även om allt beror på de lokala myndigheterna och typen av installation).
5. Överskottsel kan säljas till närliggande hus.

När det gäller nackdelarna kan otillräcklig strömstyrka bli ett allvarligt hinder för utrustningens produktiva drift. I det här fallet kommer det att vara nödvändigt att bygga hjälpstrukturer, vilket medför extra kostnader.

Om den potentiella energin i en närliggande flod, baserat på en ungefärlig beräkning, inte räcker för att generera elektricitet i en volym som är tillräcklig för praktisk användning, är det värt att uppmärksamma metoder för att konstruera vindkraftverk. En väderkvarn kommer att fungera som ett effektivt tillskott.

Mätning av styrkan i vattenflödet

Det första du behöver göra för att tänka på typen och metoden för installation av stationen är att mäta hastigheten på vattenflödet vid din favoritkälla.

Det enklaste sättet är att sänka vilket lätt föremål som helst (till exempel en tennisboll, en bit skumplast eller en fiskeflotta) på forsen och använda ett stoppur för att mäta tiden det tar för det att simma avståndet till något landmärke. . Standardavståndet för "simningen" är 10 meter.

Om reservoaren ligger långt från huset kan du bygga en avledningskanal eller rörledning och samtidigt ta hand om höjdskillnader

Nu måste du dela den tillryggalagda sträckan i meter med antalet sekunder - det här kommer att vara strömhastigheten.Men om det resulterande värdet är mindre än 1 m/sek, kommer det att vara nödvändigt att uppföra konstgjorda strukturer för att påskynda flödet på grund av höjdförändringar.

Detta kan göras med hjälp av en hopfällbar damm eller ett smalt avloppsrör. Men utan ett bra flöde måste idén om en vattenkraftstation överges.

Tillverkning av vattenkraftverk baserat på ett vattenhjul

Att montera och uppföra en koloss designad för att tjäna ett företag eller bosättning av till och med ett dussin hus är naturligtvis en idé från science fiction-området. Men att bygga ett minivattenkraftverk med egna händer för att spara el är fullt möjligt. Dessutom kan du använda både färdiga komponenter och improviserade material.

Därför kommer vi att överväga steg för steg tillverkningen av den enklaste strukturen - ett vattenhjul.

Nödvändigt material och verktyg

För att göra en mini-vattenkraftverk med dina egna händer måste du förbereda en svetsmaskin, en vinkelslip, en borr och en uppsättning hjälpverktyg - en hammare, en skruvmejsel, en linjal.

Material du behöver:

• Hörn och plåt med en tjocklek på minst 5 mm.
• PVC eller galvaniserade stålrör för tillverkning av blad.
• Generator (du kan använda en färdig eller göra den själv, som i det här exemplet).
• Bromsskivor.
• Axel och lager.
• Plywood.
• Polystyrenharts för gjutning av rotor och stator.
• 15 mm koppartråd för en hemmagjord generator.
• Neodymmagneter.

Observera att hjulstrukturen ständigt kommer i kontakt med vatten, så metall- och träelement måste väljas med skydd mot fukt (eller ta hand om impregnering och målning själv). Helst kan plywood ersättas med plast, men trädelar är lättare att få tag i och forma till önskad form.

Hjulmontering och munstyckestillverkning

Grunden för själva hjulet kan vara två stålskivor med samma diameter (om det är möjligt att få ståltrumman från kabeln - bra, detta kommer att påskynda monteringsprocessen avsevärt).

Men om metall inte finns i materialen till hands kan du skära cirklar från vattentät plywood, även om styrkan och livslängden för ens behandlat trä inte kan jämföras med stål. Sedan måste du skära ett runt hål på en av skivorna för att installera generatorn.

Efter detta görs bladen, och minst 16 stycken kommer att behövas. För att göra detta skärs galvaniserade rör på längden i två eller fyra delar (beroende på diametern). Sedan måste skärområdena och själva ytan på bladen poleras för att minska energiförlusten på grund av friktion.

Bladen är installerade i en vinkel på cirka 40-45 grader - detta kommer att bidra till att öka ytan som kommer att påverkas av flödeskraften

Avståndet mellan de två sidoskivorna ska vara så nära knivarnas längd som möjligt. För att markera platsen för framtida nav, rekommenderas det att göra en mall av plywood, som kommer att markera platsen för varje del och hålet för att fästa hjulet till generatorn. De färdiga markeringarna kan fästas på utsidan av en av skivorna.

Cirklarna installeras sedan parallellt med varandra med hjälp av solida gängstänger, och bladen svetsas eller bultas i önskade positioner. Trumman kommer att rotera på lager, och en ram gjord av vinklar eller rör med liten diameter används som stöd.

I detta skede kan monteringen av trumman anses vara komplett; allt som återstår är att utrusta den med en hemmagjord generator och ett munstycke som styr flödet av vatten

Munstycket är utformat för vattenkällor av kaskadtyp - en sådan installation gör att du kan använda flödesenergin maximalt. Detta hjälpelement är tillverkat genom att böja plåt, följt av svetsning av sömmarna och sedan monterat på ett rör.

Men om ditt område har en platt flod utan forsar eller andra hinder på hög höjd är denna detalj inte nödvändig.

Det är viktigt att bredden på munstycksutloppet motsvarar bredden på själva hjulet, annars kommer en del av flödet att gå "tomgång" och inte nå bladen

Nu måste hjulet monteras på axeln och monteras på ett stöd av svetsade eller bultade hörn. Allt som återstår är att göra en generator (eller installera en färdig) så kan du gå till floden.

DIY generator

För att göra en hemmagjord generator måste du linda och fylla statorn, för vilken du behöver spolar med 125 varv koppartråd på varje. Efter att ha anslutit dem är hela strukturen fylld med polyesterharts.

Varje fas består av tre härvor fästa i serie, så anslutningen kan göras i form av en stjärna eller triangel med flera externa ledningar

Nu måste du förbereda en plywoodmall som matchar storleken på bromsskivan.

Markeringar görs på träringen och slitsar är gjorda för att installera magneter (i detta fall användes neodymmagneter 1,3 cm tjocka, 2,5 cm breda och 5 cm långa). Sedan är den resulterande rotorn också fylld med harts, och efter torkning fästs den på hjultrumman.

Vattenhjul med en rotor gjord av bromsskivor och en generator gjord av spolar av koppartråd - målad, presentabel och redo att användas

Det sista att installera är ett aluminiumhölje med en amperemeter som täcker likriktarna. Dessa elements uppgift är att omvandla trefasström till likström.

Efter att ha installerat hjulet i flödet av en liten flod med en kaskad eller utloppsrör, kan du räkna med en mini-vattenkraftverks prestanda på 1,9A * 12V vid 110 rpm

För att förhindra att löv, sand och annat skräp som kommer med flödet kommer in i hjulet, är det lämpligt att placera ett skyddsnät framför enheten.

Du kan också experimentera med mellanrummen mellan magneterna och spolarna med ett ökat antal varv för att öka effektiviteten i hydraulstationen.

Om alla typer alternativa energikällor Du kommer att ta reda på det genom att läsa artikeln tillägnad införandet av "grön teknik" i vardagen.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Video #1. Ett exempel på en fungerande hydraulisk installation med en hemmagjord generator baserad på en trefasmotor:

Video #2. Mini-vattenkraftverk, designat på principen om ett vattenhjul:

Video #3. En station baserad på ett cykelhjul är ett intressant alternativ för att lösa problemet med energiförsörjning på semester långt från civilisationen:

Som du kan se är det inte så svårt att bygga en vatten-minikraftstation med dina egna händer. Men eftersom de flesta av beräkningarna och parametrarna för dess komponenter bestäms "med ögat", bör du vara beredd på eventuella haverier och tillhörande kostnader.

Om du känner brist på kunskap och erfarenhet inom detta område bör du lita på specialister som kommer att utföra alla nödvändiga beräkningar, rekommendera den optimala utrustningen för ditt fall och installera den effektivt.

Skriv gärna kommentarer i blocket nedan. Dela intressant information och användbara rekommendationer, lämna tematiska bilder.Du kanske vill berätta hur du byggde ett fungerande vattenkraftverk på en förortstomt med dina egna händer? Vi kommer gärna att läsa din berättelse om enhetens process och drift.