Vodní elektrárna udělej si sám: jak postavit autonomní mini vodní elektrárnu

Síla vodního toku je obnovitelný přírodní zdroj, který umožňuje získat elektřinu prakticky zdarma.Energie darovaná přírodou poskytne příležitost ušetřit na energiích a vyřešit problém s dobíjením zařízení.

Pokud v blízkosti vašeho domova teče potok nebo řeka, vyplatí se toho využít. Budou schopni zajistit elektřinu pro pozemek a dům. A pokud postavíte vodní elektrárnu vlastníma rukama, ekonomický efekt se výrazně zvýší.

Předložený článek podrobně popisuje výrobní technologie soukromých vodních staveb. Mluvili jsme o tom, co je potřeba k nastavení systému a jeho připojení ke spotřebitelům. Zde se dozvíte o všech možnostech miniaturních dodavatelů energie sestavených z odpadových materiálů.

Vodní elektrárny pro neprůmyslové účely

Vodní elektrárny jsou stavby, které dokážou přeměnit energii pohybu vody na elektřinu. Alternativní dodavatelé zelené energie zatím jsou aktivně vykořisťovány pouze na Západě. U nás dělá toto perspektivní odvětví pouze první nesmělé krůčky.

Malými soukromými vodními elektrárnami mohou být přehrady na velkých řekách, generující od deseti do několika stovek megawattů, nebo mini vodní elektrárny s maximálním výkonem 100 kW, což je pro potřeby soukromého domu zcela dostačující. Pojďme se dozvědět více o tom druhém.

Garlandová stanice s hydraulickými šrouby

Konstrukce se skládá z řetězu rotorů připevněných k pružnému ocelovému lanu nataženému přes řeku. Samotný kabel hraje roli rotační hřídele, jejíž jeden konec je upevněn na nosném ložisku a druhý aktivuje hřídel generátoru.

Každý hydraulický rotor „věnce“ je schopen generovat asi 2 kW energie, rychlost proudění vody však musí být alespoň 2,5 metru za sekundu a hloubka nádrže by neměla přesáhnout 1,5 m.

Princip fungování girlandové vodní elektrárny je jednoduchý: tlak vody roztáčí hydraulické šrouby, které otáčejí kabelem a nutí generátor vyrábět energii

Garlandové stanice se úspěšně používaly již v polovině minulého století, ale roli vrtulí tehdy plnily podomácku vyrobené vrtule a dokonce i plechovky. Dnes výrobci nabízejí několik typů rotorů pro různé provozní podmínky.

Jsou vybaveny lopatkami různých velikostí, vyrobenými z plechu, a umožňují získat maximální efektivitu z provozu stanice.

Ale ačkoliv je tento hydrogenerátor poměrně jednoduchý na výrobu, jeho provoz vyžaduje řadu speciálních podmínek, které nejsou vždy v reálném životě proveditelné. Takové stavby blokují koryto řeky a je nepravděpodobné, že vaši sousedé podél břehu, nemluvě o zástupcích ekologických služeb, vám umožní využít energii potoka pro vaše účely.

Navíc v zimě lze instalaci použít pouze na nezamrzajících nádržích a v drsném klimatu ji lze konzervovat nebo demontovat. Proto se girlandové stanice staví dočasně a hlavně v opuštěných oblastech (například v blízkosti letních pastvin).

Rotační stanice s výkonem 1 až 15 kW/hod generují až 9,3 MW za měsíc a umožňují samostatně řešit problém elektrifikace v regionech vzdálených od centralizovaných dálnic

Moderním analogem girlandové instalace jsou ponorné nebo plovoucí rámové stanice s příčnými rotory. Na rozdíl od jejich girlandového předchůdce tyto konstrukce neblokují celou řeku, ale využívají pouze část koryta a lze je instalovat na ponton/raft nebo dokonce spustit na dno nádrže.

Vertikální rotor Daria

Rotor Darrieus je turbínové zařízení, které bylo pojmenováno po svém vynálezci v roce 1931. Systém se skládá z několika aerodynamických lopatek upevněných na radiálních nosnících a pracuje na základě rozdílu tlaku pomocí principu „zdvihacího křídla“, který je široce používán ve stavbě lodí a letectví.

Ačkoli se takové instalace většinou používají k vytváření větrných generátorů, mohou pracovat i s vodou. V tomto případě jsou však nutné přesné výpočty pro výběr tloušťky a šířky lopatek v souladu se silou toku vody.

Rotor Daria připomíná „větrný mlýn“, instalovaný pouze pod vodou a může pracovat bez ohledu na sezónní výkyvy rychlosti proudění

Vertikální rotory se zřídka používají k vytvoření místních vodních elektráren. Navzdory dobrým ukazatelům účinnosti a zjevné jednoduchosti konstrukce je zařízení poměrně složité na provoz.

Před zahájením práce je třeba systém „roztočit“, ale pouze zamrznutí nádrže může zastavit běžící stanici. Proto se rotor Darrieus používá především v průmyslových podnicích.

Zajímavé řešení v oblasti projektování malých vodních elektráren s vertikálně pracující turbínou navrhl rakouský vynálezce Franz Zotleterer:

Za významnou výhodu vířivých stanic je zcela oprávněně považováno zachování rybích zdrojů. Provoz vertikální turbíny nepoškozuje živé organismy řeky. Kromě toho se bláto nezdržuje na stěnách konstrukcí díky specifickému pohybu vodního toku.

Podvodní šroubová vrtule

Ve skutečnosti se jedná o nejjednodušší vzduchový větrný mlýn, pouze je instalován pod vodou. Rozměry lopatek, aby byla zajištěna maximální rychlost otáčení a minimální odpor, jsou vypočteny v závislosti na síle proudění.Například, pokud aktuální rychlost nepřesahuje 2 m/s, pak by šířka čepele měla být v rozmezí 2-3 cm.

Podvodní vrtuli lze snadno vyrobit vlastníma rukama, ale je vhodná pouze pro hluboké a rychlé řeky - v mělké vodě mohou rotující lopatky způsobit zranění rybářům, plavcům, vodnímu ptactvu a zvířatům

Takový větrný mlýn je instalován „směrem“ k proudění, ale jeho lopatky nepracují kvůli tlaku tlaku vody, ale díky vytváření vztlakové síly (na principu křídla letadla nebo lodní vrtule).

Vodní kolo s lopatkami

Vodní kolo je jednou z nejjednodušších verzí hydraulického motoru, známého již z dob Římské říše. Efektivita jeho provozu do značné míry závisí na typu zdroje, na kterém je instalován.

Nalévací kolo se může otáčet pouze díky rychlosti proudění a plnicí kolo se může otáčet pouze pomocí tlaku a hmotnosti vody padající shora na lopatky

V závislosti na hloubce a korytu vodního toku lze instalovat různé typy kol:

• Omáčka (nebo dno) – vhodné pro mělké řeky s rychlým proudem.
• Střední rozsah – jsou umístěny v kanálech s přirozenými kaskádami tak, aby proudění padalo přibližně doprostřed rotujícího bubnu.
• Kapalina (nebo režijní) – jsou instalovány pod hrází, potrubím nebo na dně přirozené peřeje tak, aby padající voda pokračovala ve své dráze přes horní část kola.

Princip fungování všech možností je však stejný: voda padá na lopatky a pohání kolo, což způsobuje otáčení generátoru pro minielektrárnu.

Výrobci hydraulických zařízení nabízejí již hotové turbíny, jejichž lopatky jsou speciálně přizpůsobeny určité rychlosti proudění vody.Ale domácí řemeslníci vyrábějí bubnové konstrukce staromódním způsobem - ze šrotu.

Následující výběr fotografií vám pomůže seznámit se s kroky výstavby nejjednodušší verze mini vodní elektrárny:

Možná nedostatek optimalizace ovlivní ukazatele účinnosti, ale náklady na domácí zařízení budou několikrát levnější než zakoupený analog. Proto je vodní kolo nejoblíbenější možností pro uspořádání vlastní mini vodní elektrárny.

Podmínky pro instalaci vodní elektrárny

Navzdory lákavé levnosti energie generované hydrogenerátorem je důležité vzít v úvahu vlastnosti vodního zdroje, jehož zdroje plánujete využít pro své vlastní potřeby.

Ostatně ne každý vodní tok je vhodný pro provoz minivodní elektrárny, zejména celoročně, a tak není na škodu mít v záloze možnost napojení na centralizované hlavní vedení.

Pár pro a proti

Hlavní výhody individuální vodní elektrárny jsou zřejmé: levné zařízení, které vyrábí levnou elektřinu a navíc nepoškozuje přírodu (na rozdíl od přehrad, které blokují tok řeky). Přestože systém nelze nazvat absolutně bezpečným, rotující prvky turbín mohou i tak způsobit zranění obyvatelům podmořského světa a dokonce i lidem.

Aby se předešlo nehodám, musí být vodní elektrárna oplocená a pokud je systém zcela skryt vodou, musí být na břehu instalována výstražná značka

Výhody mini vodních elektráren:

1. Na rozdíl od jiných „bezplatných“ zdrojů energie (solární panely, větrné generátory) mohou hydraulické systémy fungovat bez ohledu na denní dobu a počasí. Jediné, co je může zastavit, je zamrznutí nádrže.
2. Pro instalaci hydrogenerátoru není nutné mít velkou řeku – stejná vodní kola lze s úspěchem použít i na malých (ale rychlých!) tocích.
3. Jednotky nevypouštějí škodlivé látky, neznečišťují vodu a pracují téměř tiše.
4. Chcete-li nainstalovat mini-vodní elektrárnu s výkonem do 100 kW, nemusíte získat povolení (ačkoli vše závisí na místních úřadech a typu instalace).
5. Přebytečnou elektřinu lze prodat do sousedních domů.

Pokud jde o nevýhody, nedostatečná proudová síla se může stát vážnou překážkou produktivního provozu zařízení. V tomto případě bude nutné vybudovat pomocné konstrukce, což s sebou nese dodatečné náklady.

Pokud potenciální energie blízké řeky na základě přibližného výpočtu nestačí k výrobě elektřiny v objemu dostatečném pro praktické využití, stojí za to věnovat pozornost metody konstrukce větrných generátorů. Větrný mlýn poslouží jako efektivní doplněk.

Měření síly proudění vody

První věc, kterou musíte udělat, abyste se zamysleli nad typem a způsobem instalace stanice, je změřit rychlost proudění vody u vašeho oblíbeného zdroje.

Nejjednodušší způsob je položit jakýkoli lehký předmět (například tenisový míček, kus pěnového plastu nebo rybářský splávek) na peřeje a pomocí stopek změřit čas, který mu trvá uplavat vzdálenost k nějakému orientačnímu bodu. . Standardní vzdálenost pro „plavání“ je 10 metrů.

Pokud je nádrž umístěna daleko od domu, můžete vybudovat odtokový kanál nebo potrubí a zároveň se postarat o výškové rozdíly

Nyní musíte vydělit ujetou vzdálenost v metrech počtem sekund - to bude rychlost proudu.Pokud je ale výsledná hodnota menší než 1 m/s, bude nutné kvůli výškovým změnám vztyčit umělé stavby pro urychlení proudění.

To lze provést pomocí skládací hráze nebo úzké odtokové trubky. Ale bez dobrého průtoku bude muset být myšlenka vodní elektrárny opuštěna.

Výroba vodní elektrárny na bázi vodního kola

Sestavit a postavit kolos, který má sloužit podniku nebo sídlišti třeba i tuctu domů, je samozřejmě nápad z říše sci-fi. Ale postavit mini-vodní elektrárnu vlastníma rukama, abyste ušetřili elektřinu, je docela možné. Navíc můžete použít jak hotové komponenty, tak improvizované materiály.

Proto budeme krok za krokem zvažovat výrobu nejjednodušší konstrukce - vodního kola.

Potřebné materiály a nástroje

Chcete-li vyrobit mini-vodní elektrárnu vlastníma rukama, musíte si připravit svařovací stroj, úhlovou brusku, vrtačku a sadu pomocných nástrojů - kladivo, šroubovák, pravítko.

Materiály, které budete potřebovat:

• Rohy a plech o tloušťce minimálně 5 mm.
• PVC nebo pozinkované ocelové trubky pro výrobu lopatek.
• Generátor (můžete použít hotový nebo si ho vyrobit sami, jako v tomto příkladu).
• Brzdové kotouče.
• Hřídel a ložiska.
• Překližka.
• Polystyrenová pryskyřice pro odlévání rotoru a statoru.
• 15mm měděný drát pro domácí generátor.
• Neodymové magnety.

Vezměte prosím na vědomí, že konstrukce kola bude neustále v kontaktu s vodou, proto je třeba kovové a dřevěné prvky vybírat s ochranou před vlhkostí (nebo se postarat o impregnaci a nátěr sami). V ideálním případě lze překližku nahradit plastem, ale dřevěné díly se snáze získávají a tvarují do požadovaného tvaru.

Montáž kol a výroba trysek

Základem pro samotné kolo mohou být dva ocelové disky stejného průměru (pokud je možné ocelový buben dostat z kabelu - skvělé, velmi to urychlí proces montáže).

Pokud se však v materiálech nenachází kov, můžete vyřezat kruhy z voděodolné překližky, ačkoli pevnost a životnost dokonce ošetřeného dřeva nelze srovnávat s ocelí. Poté musíte na jednom z disků vyříznout kulatý otvor pro instalaci generátoru.

Poté jsou čepele vyrobeny a bude potřeba alespoň 16 kusů. K tomu jsou pozinkované trubky podélně rozřezány na dvě nebo čtyři části (v závislosti na průměru). Poté musí být řezné plochy a povrch samotných nožů vyleštěny, aby se snížily ztráty energie v důsledku tření.

Lopatky jsou instalovány pod úhlem přibližně 40-45 stupňů - to pomůže zvětšit povrch, který bude ovlivněn průtokovou silou

Vzdálenost mezi dvěma bočními kotouči by měla být co nejblíže délce nožů. Pro označení místa pro budoucí náboje se doporučuje vyrobit šablonu z překližky, která vyznačí umístění pro každý díl a otvor pro upevnění kola ke generátoru. Hotové značky lze připevnit na vnější stranu jednoho z disků.

Kruhy jsou pak instalovány paralelně k sobě pomocí pevných závitových tyčí a lopatky jsou přivařeny nebo přišroubovány v požadovaných polohách. Buben se bude otáčet na ložiskách a jako podpěra se používá rám vyrobený z úhelníků nebo trubek malého průměru.

V této fázi lze montáž bubnu považovat za dokončenou, zbývá jej pouze vybavit domácím generátorem a tryskou, která směruje proud vody

Tryska je určena pro vodní zdroje kaskádového typu - taková instalace vám umožní využít energii proudění na maximum. Tento pomocný prvek je vyroben ohýbáním plechu, následným svařováním švů a poté namontován na trubku.

Pokud se však ve vaší oblasti nachází plochá řeka bez peřejí či jiných vysokohorských překážek, není tento detail nutný.

Je důležité, aby šířka výstupu trysky odpovídala šířce samotného kola, jinak část proudu půjde „naprázdno“ a nedostane se k lopatkám

Nyní je potřeba kolo nasadit na osu a namontovat na podpěru vyrobenou ze svařovaných nebo šroubovaných rohů. Zbývá jen vyrobit generátor (nebo nainstalovat hotový) a můžete vyrazit k řece.

DIY generátor

Chcete-li vyrobit domácí generátor, musíte navinout a naplnit stator, pro který budete potřebovat cívky se 125 závity měděného drátu na každém. Po jejich spojení je celá konstrukce vyplněna polyesterovou pryskyřicí.

Každá fáze se skládá ze tří přaden zapojených do série, takže spojení může být provedeno ve tvaru hvězdy nebo trojúhelníku s několika vnějšími vodiči

Nyní je třeba připravit překližkovou šablonu, která odpovídá velikosti brzdového kotouče.

Na dřevěném kroužku jsou provedeny značky a otvory pro instalaci magnetů (v tomto případě byly použity neodymové magnety o tloušťce 1,3 cm, šířce 2,5 cm a délce 5 cm). Poté se výsledný rotor také naplní pryskyřicí a po vysušení se připevní na buben kola.

Vodní kolo s rotorem z brzdových kotoučů a generátorem z cívek měděného drátu - lakované, reprezentativní a připravené k použití

Poslední věcí na instalaci je hliníkový plášť s ampérmetrem zakrývající usměrňovače. Úkolem těchto prvků je přeměnit třífázový proud na stejnosměrný.

Po instalaci kola do toku říčky s kaskádou nebo výstupním potrubím můžete počítat s výkonem mini vodní elektrárny 1,9A * 12V při 110 ot./min.

Aby se do kola nedostalo listí, písek a jiné nečistoty přinášené proudem, je vhodné umístit před zařízení ochrannou síť.

Můžete také experimentovat s mezerami mezi magnety a cívkami se zvýšeným počtem závitů pro zvýšení účinnosti hydraulické stanice.

O všech typech alternativní zdroje energie To se dozvíte v článku věnovaném zavádění „zelených technologií“ do každodenního života.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Příklad funkční hydraulické instalace s domácím generátorem založeným na třífázovém motoru:

Video #2. Minivodní elektrárna, navržená na principu vodního kola:

Video #3. Stanice založená na jízdním kole je zajímavou možností, jak vyřešit problém zásobování energií na dovolené daleko od civilizace:

Jak vidíte, postavit vodní minielektrárnu vlastníma rukama není tak obtížné. Ale protože většina výpočtů a parametrů pro jeho součásti se určuje „od oka“, měli byste být připraveni na možné poruchy a související náklady.

Pokud pociťujete nedostatek znalostí a zkušeností v této oblasti, měli byste důvěřovat specialistům, kteří provedou všechny potřebné výpočty, doporučí optimální vybavení pro váš případ a efektivně jej nainstalují.

Komentáře pište do bloku níže. Sdílejte zajímavé informace a užitečná doporučení, zanechte tematické fotografie.Možná nám chcete říct, jak jste vlastníma rukama postavil fungující vodní elektrárnu na předměstském pozemku? Rádi si přečteme váš příběh o procesu a provozu zařízení.