Гідроелектростанція своїми руками: як спорудити автономну міні-ГЕС

Сила водного потоку – це поновлюваний природний ресурс, що дозволяє отримувати практично безкоштовне електрику. Подарована природою енергія надасть можливість заощадити на комунальних послугах і вирішити проблему з підзарядкою техніки.Якщо поруч з вашим будинком протікає струмок або річка, ними варто скористатися. Вони зможуть забезпечити електроенергією ділянку і будинок. А вже якщо побудована гідроелектростанція своїми руками, економічний ефект зростає в рази.У представленій статті детально описані технології виготовлення приватних гідротехнічних споруд. Ми розповіли про те, що буде потрібно для влаштування системи та підключення її до споживачів. У нас ви дізнаєтесь про першій-ліпшій нагоді мініатюрних постачальників енергії, зібраних з підручних матеріалів.

Гідроелектростанції непромислового призначення

Гідроелектростанції – це споруди, здатні перетворити енергію руху води в електрику. Альтернативні "зелені" постачальники електроенергії поки активно експлуатуються тільки на Заході. На території нашої країни ця перспективна галузь лише робить перші несміливі кроки.Невеликими приватними гідроелектростанціями можуть бути греблі на великих річках, що виробляють від десятка до декількох сотень мегават або міні-ГЕС з максимальною потужністю в 100 кВт, яких цілком достатньо для потреб приватного будинку. Ось про останніх і дізнаємося детальніше.

Гірляндного станція з гідровінтамі

Конструкція складається з ланцюга роторів, закріплених на гнучкому сталевому тросі, перетягнуті поперек річки. Сам трос виконує роль обертального вала, один кінець якого фіксується на опорному підшипнику, а другий – активує вал генератора.Кожен гідроротор «гірлянди» здатний виробляти близько 2 кВт енергії, правда, швидкість водного потоку для цього повинна бути не менше 2,5 метрів в секунду, а глибина водойми не перевищувати 1,5 м.

Гірляндного станції з успіхом використовувалися ще в середині минулого століття, але роль гвинтів тоді грали саморобні пропелери і навіть консервні банки. Сьогодні ж виробники пропонують кілька видів роторів для різних умов експлуатації.Вони комплектуються лопатями різного розміру, виготовленими з листового металу, і дозволяють отримати максимальний ККД від роботи станції.Але хоча в виготовленні цей гідрогенератор досить простий, його експлуатація передбачає ряд спеціальних умов, не завжди здійсненних в реальному житті. Такі споруди перегороджують русло річки, і навряд чи сусіди по березі, не кажучи вже про представників екологічних служб, дозволять використовувати енергію потоку для ваших цілей.Крім того, в зимовий період установку використовувати можна тільки на незамерзаючих водоймах, а в умовах суворого клімату – консервувати або демонтувати. Тому гірляндного станції зводяться тимчасово і переважно в безлюдній місцевості (наприклад, близько літніх пасовищ).

Сучасний аналог гірляндного установки – погружні або напливною рамні станції з поперечними роторами. На відміну від своєї гірляндного попередниці, ці конструкції не перегороджують всю річку, а задіюють тільки частина русла, причому встановити їх можна на понтоні / плоті або зовсім опустити на дно водойми.

Вертикальний ротор Дарині

Ротор Дарині – пристрій турбіни, яке отримало назву на честь свого винахідника в 1931 р Система складається з декількох аеродинамічних лопатей, зафіксованих на радіальних балках, і працює за рахунок перепаду тиску за принципом «підйомного крила», який широко задіяний в кораблебудування і авіації.Хоча такі установки більше використовуються для створення вітрогенераторів, вони можуть працювати і з водою.Але в цьому випадку потрібні точні розрахунки, щоб підібрати товщину і ширину лопатей відповідно до силою водного потоку.

Для створення локальних гідростанцій вертикальні ротори використовується рідко. Незважаючи на непогані показники ККД і уявну простоту конструкції, обладнання досить складне в експлуатації.Перед початком роботи систему потрібно «розкрутити», зате і зупинити запущену станцію зможе тільки замерзання водойми. Тому використовується ротор Дарині переважно на промислових підприємствах.Цікаве рішення в сфері проектування малих ГЕС з вертикально працює турбіною запропонував австрійський винахідник Франц Цотлётерер:Вагомим плюсом водоворотних станцій цілком обгрунтовано вважається збереження рибних ресурсів. Робота вертикальної турбіни не завдає шкоди живим організмам річки. До того ж на стінках споруд не затримується твань через специфічний руху потоку води.

Підводний гвинтовий пропелер

По суті, це найпростіший повітряний вітряк, тільки встановлюється він під водою. Розміри лопатей, щоб забезпечити максимальну швидкість обертання і мінімум опору, розраховуються в залежності від сили руху потоку. Наприклад, якщо швидкість течії не перевищує 2 м / сек, то ширина лопаті повинна бути в межах 2-3 см.

Такий вітряк встановлюється «назустріч» потоку, але його лопаті працюють не за рахунок тиску водного напору, а завдяки виникненню підйомної сили (за принципом крила літака або гвинта корабля).

Водяне колесо з лопатями

Водяне колесо – один з найпростіших варіантів гідравлічного двигуна, відомий ще з часів Римської Імперії. Ефективність його роботи багато в чому залежить від типу джерела, на якому його встановили.

Залежно від глибини і русла водотоку можна встановити різні типи коліс:

• Подлівние (або ніжнебойние) – підійдуть для мілководних річок з швидкою течією.
• Среднебойние – розташовуються в руслах з природними каскадами так, щоб потік потрапляв приблизно на середину обертового барабана.
• Наливні (або верхнебойние) – встановлюються під греблею, трубою або в нижній частині природного порога, щоб спадаюча вода продовжила шлях через вершину колеса.

Але принцип роботи у всіх варіантів один і той же: вода потрапляє на лопаті і пускає в хід колесо, яке змушує обертатися генератор для міні-електростанції.Виробники гидрооборудования пропонують готові турбіни, лопаті яких спеціально адаптовані під певну швидкість водного потоку. Але домашні умільці виготовляють барабанні конструкції по-старому – з підручних матеріалів.Ознайомитися з кроками споруди найпростішого варіанту міні ГЕС допоможе наступна фото-підбірка:Можливо, відсутність оптимізації відіб'ється на показниках ККД, зате собівартість саморобного обладнання обійдеться в рази дешевше покупного аналога. Тому водяне колесо найбільш популярний варіант для організації власної міні-ГЕС.

Умови для установки гідроелектростанції

Незважаючи на привабливу дешевизну енергії, що виробляється гідрогенератором, важливо врахувати особливості водного джерела, ресурси якого ви плануєте задіяти для власних потреб.Адже далеко не кожен водотік підійде для експлуатації міні-ГЕС, тим більше цілорічної, тому не завадить мати в резерві можливість підключення до централізованої магістралі.

Кілька «за» і «проти»

Основні плюси індивідуальної гідроелектростанції очевидні: недороге обладнання, яке виробляє дешеву електрику, та ще й природі не шкодить (на відміну від гребель, що перекривають струм річки). Хоча абсолютно безпечною систему назвати не можна – все-таки обертаються елементи турбін можуть завдати травми жителям підводного світу і навіть людям.

1. На відміну від інших «безкоштовних» енергоджерел (сонячних батарей, вітрогенераторів), гідросистеми можуть працювати незалежно від часу доби і погоди. Єдине, що може їм завадити – замерзання водойми.
2. Для установки гідрогенератора необов'язково наявність великої ріки – ті ж водяні колеса з успіхом можна використовувати навіть в дрібних (але швидких!) Струмках.
3. Установки не виділяють шкідливих речовин, не забруднюють воду і працюють практично безшумно.
4. Для монтажу міні-ГЕС потужністю до 100 кВт не потрібно оформляти дозвільну документацію (хоча все залежить від місцевої влади і типу установки).
5. Надлишок електрики можна продавати в сусідні будинки.

Що стосується недоліків – серйозною перешкодою для продуктивної експлуатації обладнання може стати недостатня сила течії. В цьому випадку доведеться зводити допоміжні споруди, що пов'язане з додатковими витратами.Якщо потенційної енергії розташованої поруч річки при приблизному розрахунку не вистачить на вироблення електрики в обсязі, достатньому для практичного застосування, варто звернути увагу на способи споруди вітрогенераторів. Вітряк послужить ефективним доповненням.

Вимірювання сили водного потоку

Перше, що потрібно зробити, щоб задуматися про вид і спосіб монтажу станції, – виміряти швидкість водного потоку на вподобаному джерелі.Найпростіший спосіб – опустити на стромовину будь легкий предмет (наприклад, тенісний м'ячик, шматок пінопласту або рибальський поплавець) і засікти секундоміром час, за яке він пропливе відстань до якого-небудь орієнтиру. Стандартна дистанція для «запливу» – 10 метрів.

Тепер потрібно пройдену відстань в метрах розділити на кількість секунд – це і буде швидкість течії. Але якщо отримане значення буде менше 1 м / сек, потрібно звести штучні споруди, щоб прискорити потік перепадами висот.Це реально здійснити за допомогою розбірної греблі або неширокої зливної труби. Але без хорошого течії від ідеї з гідростанцією доведеться відмовитися.

Виготовлення ГЕС на основі водяного колеса

Зрозуміло, зібрати «на коліні» і звести махину, призначену для обслуговування підприємства або населеного пункту навіть з десятка будинків – ідея з області фантастики. Але спорудити своїми руками міні-ГЕС для економії електрики – цілком реально. Причому задіяти можна як готові комплектуючі, так і підручні матеріали.Тому розглянемо покроково виготовлення найбільш простого споруди – водяного колеса.

Необхідні матеріали та інструменти

Щоб зробити своїми руками міні-ГЕС, потрібно підготувати зварювальний апарат, болгарку, дриль і набір допоміжних інструментів – молоток, викрутку, лінійку.З матеріалів знадобляться:

• Куточки і листовий метал товщиною не менше 5 мм.
• Труби з ПВХ або оцинкованої сталі для виготовлення лопатей.
• Генератор (можна використовувати готовий покупної або зробити самому, як в даному прикладі).
• Гальмівні диски.
• Вал і підшипники.
• Фанера.
• Полістиролова смола для заливки ротора і статора.
• Мідний дріт на 15 мм для саморобного генератора.
• Неодимові магніти.

Врахуйте, що конструкція колеса буде постійно контактувати з водою, тому металеві та дерев'яні елементи необхідно вибирати з захистом від вологи (або подбає про їх просочення і фарбування самостійно). В ідеалі, фанеру можна замінити пластиком, але дерев'яні деталі простіше дістати і надати їм потрібну форму.

Збірка колеса і виготовлення сопла

Основою для самого колеса можуть стати два сталевих диска однакового діаметра (якщо є можливість дістати сталевий барабан від кабелю – відмінно, це набагато прискорить процес складання).Але якщо металу в підручних матеріалах не знайшлося, можна вирізати кола і з водостійкої фанери, хоча міцність і термін служби навіть обробленого дерева не зрівняється зі сталлю.Потім на одному з дисків потрібно прорізати круглий отвір під установку генератора.Після цього виготовляються лопаті, а їх знадобиться не менше 16 шт. Для цього оцинковані труби розрізають уздовж на дві або чотири частини (залежить від діаметра). Потім місця різання і саму поверхню лопатей потрібно відшліфувати, щоб зменшити втрати енергії при терті.

Відстань між двома бічними дисками має бути максимально наближене до довжини лопатей. Щоб намітити місце для розташування майбутніх маточин, рекомендується зробити шаблон з фанери, на якому буде позначено місце для кожної деталі і отвори для фіксації колеса до генератора. Готову розмітку можна прикріпити на зовнішній стороні одного з дисків.Потім кола встановлюються паралельно один до одного за допомогою стрижнів з суцільною різьбленням, а лопаті приварюються або фіксуються болтами в потрібних позиціях. Барабан буде обертатися на підшипниках, а в якості опори використовується рама з куточків або труб невеликого діаметра.

Сопло призначене для водних джерел каскадного типу – така установка дозволить використовувати енергію потоку по максимуму. Виготовляється цей допоміжний елемент шляхом вигинання листового металу з наступним зварюванням швів, а після насаджується на трубу.Однак якщо у вашій місцевості протікає рівнинна річка без порогів та інших висотних перешкод, в цій деталі немає необхідності.

Тепер колесо потрібно насадити на вісь і встановити на підпірку з зварених або скріплених болтами куточків. Залишилося зробити генератор (або встановити готовий) і можна вирушати до річки.

Генератор своїми руками

Для виготовлення саморобного генератора потрібно зробити обмотку і заливку статора, для чого знадобляться котушки зі 125-ю витками мідного дроту на кожній. Після їх з'єднання вся конструкція заливається поліестерової смолою.

Тепер потрібно підготувати фанерний шаблон, що співпадає за розмірами з гальмівним диском.На дерев'яному кільці виконується розмітка і робляться прорізи для установки магнітів (в даному випадку використовувалися неодимові магніти товщиною 1,3 см, шириною 2,5 см і довжиною 5 см). Потім отриманий ротор також заливається смолою, а після просушування – приєднується до барабана колеса.

Останнім монтується алюмінієвий кожух з амперметром, що закриває випрямлячі. Завдання цих елементів – перетворювати трифазний струм в постійний.

Щоб в колесо не потрапляли листя, пісок та інше сміття, принесений з потоком, бажано поставити перед пристроєм захисну сітку.Також можна поекспериментувати з зазорами між магнітами і котушками зі збільшеною кількістю витків для збільшення ККД гідростанції.Про всіх видах альтернативних джерел енергії ви дізнаєтеся, ознайомившись зі статтею, присвяченій впровадженню в побут "зелених технологій".

Висновки і корисне відео по темі

Відео # 1. Приклад працює гідроустановки з саморобним генератором на базі трифазного двигуна:Відео # 2. Міні-ГЕС, сконструйована за принципом водяного колеса:Відео # 3. Станція на основі велосипедного колеса – цікавий варіант вирішення проблеми з енергозабезпеченням відпочинку далеко від цивілізації:Як бачите, побудувати водяну мініелектростанцію своїми руками не так вже й складно. Але так як більшість розрахунків і параметрів для її комплектуючих визначається «на око», слід бути готовим до можливих поломок і супутніх витрат.Якщо ви відчуваєте брак знань і досвіду в цій сфері, варто довіритися фахівцям, які виконають всі необхідні розрахунки, порадять оптимальний для вашого випадку обладнання і якісно проведуть його установку.Пишіть, будь ласка, коментарі в розташованому нижче блоці. Діліться цікавими відомостями і корисними рекомендаціями, залишайте тематичні фото.Можливо, ви хочете розповісти, як спорудили власними руками діючу гідроелектростанцію на заміській ділянці? Будемо раді прочитати ваш розповідь про процес влаштування та експлуатації.