Содержание
как соорудить автономную мини-ГЭС © Геостарт
Гидроэлектростанция своими руками: как соорудить автономную мини-ГЭС
Сила водного потока – это возобновляемый природный ресурс, позволяющий получать практически бесплатное электричество. Подаренная природой энергия предоставит возможность сэкономить на коммунальных услугах и решить проблему с подзарядкой техники.
Если рядом с вашим домом протекает ручей или река, ими стоит воспользоваться. Они смогут обеспечить электроэнергией участок и дом. А уж если построена гидроэлектростанция своими руками, экономический эффект возрастает в разы.
Гидроэлектростанции непромышленного назначения
Гидроэлектростанции – это сооружения, способные преобразовать энергию движения воды в электричество. Альтернативные «зеленые» поставщики электроэнергии пока активно эксплуатируются только на Западе. На территории нашей страны эта перспективная отрасль лишь делает первые робкие шаги.
Небольшими частными гидроэлектростанциями могут быть плотины на больших реках, вырабатывающие от десятка до нескольких сотен мегаватт или мини-ГЭС с максимальной мощностью в 100 кВт, которых вполне достаточно для нужд частного дома. Вот о последних и узнаем подробней.
Гирляндная станция с гидровинтами
Конструкция состоит из цепи роторов, закрепленных на гибком стальном тросе, перетянутом поперек реки. Сам трос исполняет роль вращательного вала, один конец которого фиксируется на опорном подшипнике, а второй – активирует вал генератора.
Каждый гидроротор «гирлянды» способен вырабатывать около 2 кВт энергии, правда, скорость водного потока для этого должна быть не менее 2,5 метров в секунду, а глубина водоема не превышать 1,5 м.
Принцип действия гирляндной ГЭС прост: напор воды раскручивает гидровинты, а те вращают трос и заставляют генератор вырабатывать энергию
Гирляндные станции с успехом использовались еще в середине прошлого века, но роль винтов тогда играли самодельные пропеллеры и даже консервные банки. Сегодня же производители предлагают несколько видов роторов для различных условий эксплуатации.
Они комплектуются лопастями разного размера, изготовленными из листового металла, и позволяют получить максимальный КПД от работы станции.
Но хотя в изготовлении этот гидрогенератор достаточно прост, его эксплуатация предполагает ряд специальных условий, не всегда осуществимых в реальной жизни. Такие сооружения перегораживают русло реки, и вряд ли соседи по берегу, не говоря уже о представителях экологических служб, разрешат использовать энергию потока для ваших целей.
Кроме того, в зимний период установку использовать можно только на незамерзающих водоемах, а в условиях сурового климата – консервировать или демонтировать. Поэтому гирляндные станции возводятся временно и преимущественно в безлюдной местности (например, около летних пастбищ).
Роторные станции мощностью от 1 до 15 кВт/час вырабатывают до 9,3 МВт за месяц и позволяют самостоятельно решить проблему с электрификацией в регионах, отдаленных от централизованных магистралей
Современный аналог гирляндной установки – погружные или наплывные рамные станции с поперечными роторами. В отличие от своей гирляндной предшественницы, эти конструкции не перегораживают всю реку, а задействуют только часть русла, причем установить их можно на понтоне/плоте или вовсе опустить на дно водоема.
Вертикальный ротор Дарье
Ротор Дарье – устройство турбины, которое получило название в честь своего изобретателя в 1931 г. Система состоит из нескольких аэродинамических лопастей, зафиксированных на радиальных балках, и работает за счет перепада давления по принципу «подъемного крыла», который широко задействован в кораблестроительстве и авиации.
Хотя такие установки больше используются для создания ветрогенераторов, они могут работать и с водой. Но в этом случае нужны точные расчеты, чтобы подобрать толщину и ширину лопастей в соответствии с силой водного потока.
Ротор Дарье напоминает «ветряк», только установленный под водой, причем работать он может вне зависимости от сезонных колебаний скорости потока
Для создания локальных гидростанций вертикальные роторы используется редко. Несмотря на неплохие показатели КПД и кажущуюся простоту конструкции, оборудование достаточно сложное в эксплуатации.
Перед началом работы систему нужно «раскрутить», зато и остановить запущенную станцию сможет только замерзание водоема. Поэтому используется ротор Дарье преимущественно на промышленных предприятиях.
Интересное решение в сфере проектирования малых ГЭС с вертикально работающей турбиной предложил австрийский изобретатель Франц Цотлётерер:
Веским плюсом водоворотных станций вполне обоснованно считается сохранение рыбных ресурсов. Работа вертикальной турбины не наносит вреда живым организмам реки. К тому же на стенках сооружений не задерживается тина из-за специфического движения потока воды.
Подводный винтовой пропеллер
По сути, это самый простой воздушный ветряк, только устанавливается он под водой. Размеры лопастей, чтобы обеспечить максимальную скорость вращения и минимум сопротивления, рассчитываются в зависимости от силы движения потока. Например, если скорость течения не превышает 2 м/сек, то ширина лопасти должна быть в пределах 2-3 см.
Подводный пропеллер несложно сделать своими руками, но он подходит только для глубоких и быстрых рек – на мелком водоеме вращающиеся лопасти могут нанести травмы рыбакам, купальщикам, водоплавающим птицам и животным
Такой ветряк устанавливается «навстречу» потоку, но его лопасти работают не за счет давления водного напора, а благодаря возникновению подъемной силы (по принципу самолетного крыла или винта корабля).
Водяное колесо с лопастями
Водяное колесо – один из простейших вариантов гидравлического двигателя, известный еще со времен Римской Империи. Эффективность его работы во многом зависит от типа источника, на котором его установили.
Подливное колесо может вращаться только благодаря скорости потока, а наливное – с помощью напора и веса воды, ниспадающей сверху на лопасти
В зависимости от глубины и русла водотока можно установить различные типы колес:
- Подливные (или нижнебойные) – подойдут для мелководных рек с быстрым течением.
- Среднебойные – располагаются в руслах с природными каскадами так, чтобы поток попадал приблизительно на середину вращающегося барабана.
- Наливные (или верхнебойные) – устанавливаются под плотиной, трубой или в нижней части естественного порога, чтобы ниспадающая вода продолжила путь через вершину колеса.
Но принцип работы у всех вариантов один и тот же: вода попадает на лопасти и приводит в действие колесо, которое заставляет вращаться генератор для миниэлектростанции.
Производители гидрооборудования предлагают готовые турбины, лопасти которых специально адаптированы под определенную скорость водного потока. Но домашние умельцы изготавливают барабанные конструкции по старинке – из подручных материалов.
Ознакомиться с шагами сооружения простейшего варианта мини ГЭС поможет следующая фото-подборка:
Возможно, отсутствие оптимизации отразится на показателях КПД, зато себестоимость самодельного оборудования обойдется в разы дешевле покупного аналога. Поэтому водяное колесо наиболее популярный вариант для организации собственной мини-ГЭС.
Условия для установки гидроэлектростанции
Несмотря на заманчивую дешевизну энергии, вырабатываемую гидрогенератором, важно учесть особенности водного источника, ресурсы которого вы планируете задействовать для собственных нужд.
Ведь далеко не каждый водоток подойдет для эксплуатации мини-ГЭС, тем более круглогодичной, поэтому не помешает иметь в резерве возможность подключения к централизованной магистрали.
Несколько «за» и «против»
Основные плюсы индивидуальной гидроэлектростанции очевидны: недорогое оборудование, которое вырабатывает дешевое электричество, да еще и природе не вредит (в отличие от плотин, перекрывающих ток реки). Хотя абсолютно безопасной систему назвать нельзя – все-таки вращающиеся элементы турбин могут нанести травмы жителям подводного мира и даже людям.
Чтобы предупредить несчастные случаи, гидростанцию нужно оградить, а если система полностью скрыта водой – установить на берегу предупреждающий знак
Преимущества мини-ГЭС:
Если потенциальной энергии расположенной рядом реки при приблизительном расчете не хватит на выработку электричества в объеме, достаточном для практического применения, стоит обратить внимание на способы сооружения ветрогенераторов . Ветряк послужит эффективным дополнением.
Измерение силы водного потока
Первое, что нужно сделать, чтобы задуматься о виде и способе монтажа станции, – измерить скорость водного потока на облюбованном источнике.
Самый простой способ – опустить на стремнину любой легкий предмет (например, теннисный мячик, кусок пенопласта или рыбацкий поплавок) и засечь секундомером время, за которое он проплывет расстояние до какого-нибудь ориентира. Стандартная дистанция для «заплыва» — 10 метров.
Если водоем находится далековато от дома, можно построить отводной канал или трубопровод, и заодно и позаботиться о перепадах высоты
Теперь нужно пройденное расстояние в метрах разделить на количество секунд – это и будет скорость течения. Но если полученное значение будет меньше 1 м/сек, потребуется возвести искусственные сооружения, чтобы ускорить поток перепадами высот.
Это реально осуществить с помощью разборной плотины или неширокой сливной трубы. Но без хорошего течения от идеи с гидростанцией придется отказаться.
Изготовление ГЭС на основе водяного колеса
Разумеется, собрать «на коленке» и возвести махину, предназначенную для обслуживания предприятия или населенного пункта даже из десятка домов – идея из области фантастики. Но соорудить своими руками мини-ГЭС для экономии электричества – вполне реально. Причем задействовать можно как готовые комплектующие, так и подручные материалы.
Поэтому рассмотрим пошагово изготовление наиболее простого сооружения – водяного колеса.
Необходимые материалы и инструменты
Чтобы сделать своими руками мини-ГЭС, нужно подготовить сварочный аппарат, болгарку, дрель и набор вспомогательных инструментов — молоток, отвертку, линейку.
Из материалов понадобятся:
- Уголки и листовой металл толщиной не менее 5 мм.
- Трубы из ПВХ или оцинкованной стали для изготовления лопастей.
- Генератор (можно использовать готовый покупной или сделать самому, как в данном примере).
- Тормозные диски.
- Вал и подшипники.
- Фанера.
- Полистироловая смола для заливки ротора и статора.
- Медный провод на 15 мм для самодельного генератора.
- Неодимовые магниты.
Сборка колеса и изготовление сопла
Но если металла в подручных материалах не нашлось, можно вырезать круги и из водостойкой фанеры, хотя прочность и срок службы даже обработанного дерева не сравнится со сталью. Затем на одном из дисков нужно прорезать круглое отверстие под установку генератора.
После этого изготавливаются лопасти, а их понадобится не меньше 16 шт. Для этого оцинкованные трубы разрезаются вдоль на две или четыре части (зависит от диаметра). Затем места резки и саму поверхность лопастей нужно отшлифовать, чтобы уменьшить потери энергии при трении.
Лопасти устанавливаются под наклоном примерно в 40-45 градусов – это поможет увеличить площадь поверхности, на которую будет воздействовать сила потока
Расстояние между двумя боковыми дисками должно быть максимально приближено к длине лопастей. Чтобы наметить место для расположения будущих ступиц, рекомендуется сделать шаблон из фанеры, на котором будет обозначено место для каждой детали и отверстия для фиксации колеса к генератору. Готовую разметку можно прикрепить на внешней стороне одного из дисков.
Затем круги устанавливаются параллельно друг к другу с помощью стержней со сплошной резьбой, а лопасти привариваются или фиксируются болтами в нужных позициях. Барабан будет вращаться на подшипниках, а в качестве опоры используется рама из уголков или труб небольшого диаметра.
На этом этапе сборку барабана можно считать законченной, осталось оснастить его самодельным генератором и соплом, направляющим поток воды
Сопло предназначено для водных источников каскадного типа – такая установка позволит использовать энергию потока по максимуму. Изготавливается этот вспомогательный элемент путем выгибания листового металла с последующей сваркой швов, а после насаживается на трубу.
Однако если в вашей местности протекает равнинная река без порогов и других высотных препятствий, в этой детали нет необходимости.
Важно, чтобы ширина выходного отверстия сопла соответствовала ширине самого колеса, иначе часть потока будет идти «вхолостую», не попадая на лопасти
Теперь колесо нужно насадить на ось и установить на подпорку из сваренных или скрепленных болтами уголков. Осталось сделать генератор (или установить готовый) и можно отправляться к реке.
Генератор своими руками
Для изготовления самодельного генератора нужно сделать обмотку и заливку статора, для чего понадобятся катушки со 125-ю витками медной проволоки на каждой. После их соединения вся конструкция заливается полиэстеровой смолой.
Каждая фаза состоит из трех последовательно прикрепленных мотков, поэтому соединение можно сделать в форме звезды или треугольника с несколькими наружными выводами
Теперь нужно подготовить фанерный шаблон, совпадающий по размерам с тормозным диском.
На деревянном кольце выполняется разметка и делаются прорези для установки магнитов (в данном случае использовались неодимовые магниты толщиной 1,3 см, шириной 2,5 см и длиной 5 см). Затем полученный ротор также заливается смолой, а после просушки — присоединяется к барабану колеса.
Водяное колесо с ротором из тормозных дисков и генератором из мотков медной проволоки — окрашенное, презентабельное и готовое к эксплуатации
Последним монтируется алюминиевый кожух с амперметром, закрывающий выпрямители. Задача этих элементов – преобразовывать трехфазный ток в постоянный.
После установки колеса в поток небольшой речки с каскадом или отводной трубой, можно рассчитывать на производительность мини-ГЭС в 1,9А * 12В при 110 оборотах за минуту
Чтобы в колесо не попадали листья, песок и другой мусор, принесенный с потоком, желательно поставить перед устройством защитную сетку.
Также можно поэкспериментировать с зазорами между магнитами и катушками с увеличенным количеством витков для увеличения КПД гидростанции.
Как видите, построить водяную миниэлектростанцию своими руками не так уж и сложно. Но так как большинство расчетов и параметров для ее комплектующих определяется «на глазок», следует быть готовым к возможным поломкам и сопутствующим затратам.
Если вы чувствуете нехватку знаний и опыта в данной сфере, стоит довериться специалистам, которые выполнят все необходимые расчеты, посоветуют оптимальное для вашего случая оборудование и качественно произведут его установку.
Мини-ГЭС своими руками — Своими руками, поделки и мастер-классы
Генераторы
0 58 Время чтения: 1 минута
Список материалов:
— 4 трансформатора от микроволновки;
— звездочки и цепь от велосипеда;
— профильные трубы;
— листовая сталь;
— ротор от мопеда;
— подшипники;
— мощные магниты.
Список инструментов:
— сварочный аппарат;
— болгарка;
— рулетка, маркер.
Процесс изготовления самоделки:
Шаг первый. Подготовка трансформаторов
В качестве обмоток генератора автор решил использовать уже готовые – от микроволновки. Автор при помощи болгарки разрезал магнитопровод, как именно, видно на фото. Тут важно не повредить обмотку в процессе работ.
Шаг второй. Установка ротора
Ротор автор использовал готовый, от мопеда или скутера. Под ротор была найдена ось и подшипники. Подшипники можно просто приварить к листу стали, а можно сделать под них обойму из куска трубы.
Далее останется приварить к ротору звездочку от велосипеда небольшого размера, по задумке автора, цепная передача будет повышать обороты, идущие от гидротурбины.
Шаг третий. Обмотки и магниты
Чтобы могло генерироваться напряжение, на ротор нужно установить мощные магниты. Лучше всего их потом залить в цельную конструкцию при помощи эпоксидной смолы.
Далее автор сделал замеры и приварил обрезанные трансформаторы к основе с минимальным зазором между ротором. Вот и все, генератор готов, обмотки автор соединил последовательно для максимального напряжения.
Шаг четвертый. Турбина и ведущая ось
В качестве ведущей оси можно приспособить ступицу от велосипеда. К одной стороне крепится ведущая звездочка, она больших размеров для получения максимальных оборотов ротора. А к другой стороне оси крепится турбина.
Турбину автор сделал из куска трубы и листовой стали.
Шаг пятый. Плотина и испытания
Автор прокопал канаву, по которой будет течь вода от ручья. На ручье была организована плотина из кирпича с отверстием для трубы.
Вытекающая вода заходит под углом в ведро и закручивается там в воронку, как итог, эта воронка приводит во вращение турбину.
Вот и все, ротор вращает, свободная энергия вырабатывается. Для демонстрации автор зажег лампочку и включил комнатные вентиляторы.
На этом проект завершен, надеюсь, вам самоделка понравилась, и вы нашли для себя полезные мысли. Удачи и творческих вдохновений, если решите повторить подобное. Не забывайте делиться с нами своими идеями и самоделками!
Источник
Похожие самоделки
Мини-ГЭС на винте Архимеда
Генератор из мотора от стиралки
Как изготовить двигатель Стирлинга для генерации электроэнергии — легко!
Электронезависимость — самодельные мини ГЭС
Генератор из двигателя от CD-rom
Динамо для велосипеда в современном стиле
Электрогенератор из алюминия и старого автомобильного аккумулятора
Велогенератор своими руками
Автономная мини-ГЭС (ГЭС) своими руками
Сила водного потока – возобновляемый природный ресурс, позволяющий получать практически бесплатно электроэнергию. Энергия, подаренная природой, даст возможность сэкономить на коммунальных услугах и решить проблему с подзарядкой оборудования.
Если рядом с вашим домом протекает ручей или река, ими стоит воспользоваться. Они смогут обеспечить электричеством участок и дом. И даже если построить ГЭС своими руками, экономический эффект возрастает в разы.
В представленной статье подробно описана технология изготовления частных гидротехнических сооружений. Мы рассказали о том, что требуется для настройки системы и подключения ее к потребителям. Здесь вы узнаете обо всех вариантах миниатюрных источников энергии, собранных из подручных материалов.
Содержание статьи:
- Гидроэлектростанции
- Гидравлическая винтовая станция
- Вертикальный ротор Дарье
- Подводный гребной винт
- Водяное колесо с лопастями
- Условия для установки гидроэлектростанции
- Несколько плюсов и минусов
- Измерение расхода воды
- Изготовление гидроэлектростанций на базе водяного колеса
- 0 Необходимые инструменты
- 0
- Сборка колеса и изготовление насадки
- Генератор своими руками
ГЭС
Гидроэлектростанции – это сооружения, способные преобразовывать энергию движения воды в электричество. пока активно эксплуатировался только на Западе. На территории нашей страны эта перспективная отрасль только делает первые робкие шаги.
Галерея изображений
Фото
Производство электроэнергии путем извлечения потенциала воды является одним из перспективных направлений зеленой энергетики. Его преимущества заключаются в использовании неисчерпаемых свободных ресурсов планеты с наименьшим ущербом для природной среды.
К объектам, задействованным в сфере малой гидроэнергетики, относятся мини-ГЭС мощностью от 3-100 кВт до 25 МВт
Для получения электроэнергии при использовании энергии воды не обязательно иметь бурную горную реку или строить большая плотина. Достаточно сузить русло небольшой реки или ручья
Турбину малой ГЭС можно заставить вращать даже относительно небольшое по объему русло, в которое поступает вода из близлежащего водоема или реки
Малые ГЭС, расположенные непосредственно в водотоке, просты, но не позволяют регулировать силу и объем стока. Возможность регулировки обеспечит миниатюрный водоем
Наиболее перспективными для организации мини ГЭС являются горные ручьи с характерным перепадом высот в русле. Однако аналогичные условия могут быть созданы и для реки, протекающей по равнинной местности.
Всевозможные водовороты и водовороты, которые можно соорудить искусственно путем заливки бетонных конструкций, помогут повысить производительность миниатюрной ГЭС.
Для повышения эффективности малые гидроэнергетики совершенствуют турбины. Например, обычное колесо с лопастями заменяется многооборотным винтом
Использование воды для выработки электроэнергии
Один из традиционных вариантов малой гидроэнергетики
Сужение русла для рекуперации энергии
Лопастно-направленное устройство
Почти- вариант плотины с небольшим водохранилищем
Перепад высот в русле ручья или реки
Искусственно сооруженная крутка
Высокоэффективная турбина винтового типа
Малые частные ГЭС могут представлять собой плотины на крупных реках, вырабатывающие от десятка до нескольких сотен мегаватт или мини-ГЭС с максимальной мощностью 100 кВт, что достаточно для нужд частного дома. Вот о последнем и узнайте больше.
Станция винтовая гидравлическая
Конструкция состоит из цепи роторов, закрепленных на гибком стальном тросе, натянутом через реку. Сам трос играет роль вращательного вала, один конец которого закреплен на опорном подшипнике, а другой приводит в действие вал генератора.
Каждый «гирляндный» гидроротор способен вырабатывать около 2 кВт энергии, однако скорость потока воды для этого должна быть не менее 2,5 метров в секунду, а глубина водоема не должна превышать 1,5 м.
Принцип работы гирляндной гидроэлектростанции прост: напор воды раскручивает гидровинты, а они вращают трос и заставляют генератор вырабатывать энергию
Гирляндные станции успешно применялись еще в середине прошлого века, но тогда роль винтов играли самодельные пропеллеры и даже консервные банки. Сегодня производители предлагают несколько типов роторов для различных условий эксплуатации.
Оснащены лопастями разного размера из листового металла и позволяют получить максимальную эффективность от работы станции.
Но хотя этот гидрогенератор достаточно прост в изготовлении, его эксплуатация предполагает ряд особых условий, не всегда выполнимых в реальной жизни. Такие сооружения перегораживают русло реки, и вряд ли соседи по берегу, не говоря уже о представителях природоохранных служб, позволят использовать энергию стока в своих целях.
Кроме того, зимой агрегат можно использовать только в незамерзающих водоемах, а в суровых климатических условиях его можно законсервировать или демонтировать. Поэтому гирляндные станции строят временно и в основном в безлюдной местности (например, возле летних пастбищ).
Роторные станции мощностью от 1 до 15 кВт/ч вырабатывают до 9,3 МВт в месяц и позволяют самостоятельно решать задачу электрификации в регионах, удаленных от центральных магистралей
Современный аналог шлейфовой установки — погружной или приливные каркасные станции с поперечными роторами. В отличие от своего гирляндного предшественника, эти конструкции не перегораживают всю реку, а лишь используют часть русла, и их можно устанавливать на понтон/плот или полностью опускать на дно водоема.
Вертикальный ротор Дарье
Ротор Дарье — турбинное устройство, названное в честь его изобретателя в 1931 году. Система состоит из нескольких аэродинамических лопастей, закрепленных на радиальных балках, и работает за счет перепада давления по принципу « подъемное крыло», которая широко применяется в судостроении и авиации.
Хотя эти растения больше используются для создания ветрогенераторов, они могут работать и с водой. Но в этом случае необходимы точные расчеты для подбора толщины и ширины лопастей в соответствии с силой водяного потока.
Ротор Дарье напоминает «ветряк», только установленный под водой, и может работать вне зависимости от сезонных колебаний расхода
Вертикальные роторы редко используются для создания локальных ГЭС. Несмотря на хорошие эксплуатационные показатели и кажущуюся простоту конструкции, оборудование достаточно сложное в эксплуатации.
Перед началом работы систему нужно «раскрутить», но остановить работающую станцию может только замерзание водоема. Поэтому ротор Дарье используется в основном на промышленных предприятиях.
Интересное решение в области проектирования малых ГЭС с вертикально работающей турбиной предложил австрийский изобретатель Франц Зотлотерер:
Галерея изображений
Фото
электростанция, часть потока поступает в отдельный канал, проложенный вдоль русла, заканчивающийся выходом с траншеей
Вариантов устройства водоворота множество. Принцип их действия одинаков: вода, поступающая в канал, течет по касательной, достигая траншеи со сливом под собственной тяжестью, устремляется вниз, одновременно закручиваясь по спирали
В центре водоворота установлена турбина, несущая воду в желоб. Ее раскручивает спиралевидный ток
Турбина подключена к контроллеру и инвертору, через которые заряд передается либо непосредственно потребителям, либо накапливается и накапливается в батареях
Мини-станция вихре-гравитационного действия
Строительство отдельный канал с водоворотом
Турбина в центре вращения
Коллекторы вырабатываемой энергии
Весомым преимуществом водоворотов по праву считается сохранение рыбных ресурсов. Работа вертикальной турбины не наносит вреда живым организмам реки. Кроме того, грязь не задерживается на стенах конструкций из-за специфического движения водного потока.
Подводный пропеллер
По сути, это самый простой ветряк, устанавливается только под водой. Размеры лопастей для обеспечения максимальной скорости вращения и минимального сопротивления рассчитываются в зависимости от силы потока. Например, если скорость потока не превышает 2 м/с, то ширина лопасти должна быть в пределах 2-3 см.
Подводный гребной винт своими руками сделать несложно, но он годится только для глубоких и быстрых рек — в мелководном водоеме вращающиеся лопасти могут травмировать рыбаков, пловцов, водоплавающих и животных
Такой ветряк устанавливается «навстречу поток, но его лопасти работают не за счет давления напора воды, а за счет возникновения подъемной силы (по принципу крыла самолета или корабельного винта).
Водяное колесо с лопастями
Водяное колесо — один из простейших вариантов гидромотора, известный со времен Римской империи. Эффективность его работы во многом зависит от типа источника, на котором он был установлен.
Литейное колесо может вращаться только за счет расхода, а литейное колесо может вращаться с помощью напора и веса воды, стекающей сверху на лопасти
В зависимости от глубины и русла водотока, различные Типы колес могут быть установлены:
- Подводное (или более низкое) — Подходит для мелководных рек с быстрым течением.
- Среднедонные — располагаются в каналах с естественными каскадами так, что поток течет примерно посередине вращающегося барабана.
- Насыпь (или верхний приямок) — устанавливаются под плотиной, трубой или на дне естественного порога так, чтобы падающая вода продолжалась через верх колеса.
Но принцип работы у всех вариантов один и тот же: вода попадает на лопасти и приводит в движение колесо, которое заставляет вращаться генератор для мини-электростанции.
Производители гидравлического оборудования предлагают готовые турбины, лопасти которых специально приспособлены для определенного расхода воды. А вот барабанные конструкции домашние умельцы изготавливают по старинке – из подручных материалов.
Следующая фотоподборка поможет вам ознакомиться с этапами строительства простейшего варианта мини ГЭС:
Фотогалерея
Фото
Для усиления потенциала водного потока сооружаем своеобразное препятствие в канале. В месте подъема сужаем канал двумя массивными бетонными или каменными стенками
Для сборки турбины из влагостойкой фанеры толщиной 13 мм выпиливаем два круга и 12-14 прямоугольных «лопастей» одинакового размера
Лопасти самодельной турбины размещаем под углом к радиусу, проведенному из центра. Лопасти крепим к двум кругам оцинкованными саморезами
Временно перекрыв канал или дождавшись рубки в жару, устанавливаем несущую конструкцию. Закрепляем четырьмя (или более) штырями их арматурного прута длиной не менее метра. Молоток снизу, размещение внутри углов рамы
Перекинув трос через ветку дерева над несущей конструкцией, привязываем турбину. Будет проще, если в ферме будет блок, который можно закрепить на ветке до того, как будет накинут трос
К турбине подключаем маломощный генератор типа Wind blue Power Permanent Magnet Generator. Он способен выдавать 12 В при 130 об/мин. Инвертор и пара бывших в употреблении аккумуляторов на 110 А также входят в систему
Соединяем систему с осью турбины резиновым или эластомерным ремнем подходящего размера, он обеспечит ременной привод
После завершения сборки, мы разблокируем плотину или подождем, пока в ручье будет достаточно воды для выработки электроэнергии. Разработчик идеи, эта небольшая гидроэлектростанция производит от 50 до 500 Вт
Этап 1: Сужение канала и формирование дельты
Этап 2: Вырезание деталей для сборки турбины
Этап 3: Крепление лопаток самодельной турбины
Этап 5: Установка опоры в русле ручья
Этап 5 : Установка турбины на опорную конструкцию
Шаг 6: Подключение генератора и аккумуляторов
Шаг 7: Ременная передача
Шаг 8: Тестирование устройства после сборки
Возможно отсутствие оптимизации скажется на показателях эффективности, но стоимость самодельного оборудования обойдется в несколько раз дешевле покупного аналога. Поэтому водяное колесо – самый популярный вариант для организации собственной мини-ГЭС.
Условия установки ГЭС
Несмотря на заманчивую дешевизну энергии, вырабатываемой гидрогенератором, важно учитывать особенности источника воды, ресурсы которого вы планируете использовать для собственных нужд .
Действительно, не каждый водоток пригоден для работы мини-ГЭС, тем более круглогодично, поэтому не помешает иметь про запас возможность подключения к централизованной магистрали.
Несколько плюсов и минусов
Основные преимущества индивидуальной ГЭС очевидны: недорогое оборудование, вырабатывающее дешевую электроэнергию, не наносит вреда природе (в отличие от плотин, перекрывающих течение реки). Хотя систему нельзя назвать абсолютно безопасной, все же вращающиеся элементы турбин могут нанести травмы обитателям подводного мира и даже людям.
В целях предотвращения аварий гидроэлектростанция должна быть защищена, а если система полностью скрыта водой — установить на берегу предупредительный знак
Преимущества мини-ГЭС:
- В отличие от других «бесплатных» источников энергии (солнечные батареи, ветрогенераторы), гидросистемы могут работать вне зависимости от времени суток и погоды. Единственное, что может им помешать – это замерзание водоема.
- Для установки гидрогенератора необязательно иметь большую реку — те же водяные колеса можно с успехом использовать даже в небольших (но быстрых!) ручьях.
- Установки не выделяют вредных веществ, не загрязняют воду и работают практически бесшумно.
- Для установки мини-ГЭС мощностью до 100 кВт оформление разрешительной документации не требуется (хотя все зависит от местных властей и типа установки).
- Излишки электроэнергии можно продавать соседним домам.
Что касается недостатков, то недостаточная сила потока может стать серьезным препятствием для продуктивной работы оборудования. В этом случае придется возводить вспомогательные конструкции, что влечет за собой дополнительные затраты.
Если потенциальной энергии близлежащей реки недостаточно для приблизительного расчета для выработки электроэнергии в количестве, достаточном для практического использования, стоит обратить внимание на . Эффектным дополнением послужит ветряк.
Измерение расхода воды
Первое, что вам нужно сделать, чтобы подумать о типе и способе установки станции, это измерить скорость потока воды в выбранном источнике.
Самый простой способ – опустить на порог любой легкий предмет (например, теннисный мяч, кусок пенопласта или поплавок) и остановить время, за которое пловец проплывет расстояние до какого-либо ориентира. Стандартная дистанция для «плавания» – 10 метров.
Если пруд находится далеко от дома, можно построить отводной канал или трубопровод, а заодно позаботиться о перепадах высот
Теперь нужно пройденное расстояние в метрах разделить на количество секунд — это будет быть скорость течения. Но если полученное значение меньше 1 м/с, потребуется возведение искусственных сооружений, чтобы ускорить течение перепадами высот.
Это можно сделать с помощью разборной плотины или узкой дренажной трубы. Но без хорошего стока от идеи гидроэлектростанции придется отказаться.
Производство гидроэлектростанций на базе водяного колеса
Конечно, собрать «на одном колене» и построить махину, предназначенную для обслуживания предприятия или поселка даже из десятка домов, — идея из области фантастики. А вот построить мини-ГЭС своими руками для экономии электроэнергии вполне реально. Причем использовать можно как готовые комплектующие, так и подручные материалы.
Поэтому рассмотрим пошаговое изготовление простейшей конструкции — водяного колеса.
Необходимые материалы и инструменты
Для изготовления мини-ГЭС своими руками необходимо подготовить сварочный аппарат, болгарку, дрель и набор вспомогательных инструментов – молоток, отвертка, линейка.
Из материалов вам потребуются:
- Уголки и листовой металл толщиной не менее 5 мм.
- Трубы из поливинилхлорида или оцинкованной стали для изготовления лопаток.
- Генератор (можно использовать готовый или сделать самому, как в этом примере).
- Тормозные диски.
- Вал и подшипники.
- Фанера.
- Полистирольная смола для заполнения ротора и статора.
- Медный провод 15 мм для самодельного генератора.
- Неодимовые магниты.
Обратите внимание, что конструкция колеса будет постоянно соприкасаться с водой, поэтому металлические и деревянные элементы необходимо подбирать с защитой от влаги (либо позаботьтесь об их пропитке и покраске самостоятельно). В идеале фанеру можно заменить пластиком, но деревянные детали легче достать и придать им форму.
Сборка колеса и изготовление насадки
Основой для самого колеса могут стать два стальных диска одинакового диаметра (если получится достать из троса стальной барабан — отлично, это значительно ускорит процесс сборки).
Но если в подручных материалах не нашлось металла, можно вырезать круги из водостойкой фанеры, хотя по прочности и долговечности даже обработанная древесина не сравнится со сталью. Затем на одном из дисков нужно вырезать круглое отверстие для установки генератора.
После этого изготавливаются клинки, а их потребуется не менее 16 шт. Для этого оцинкованные трубы разрезаются вдоль на две или четыре части (в зависимости от диаметра). Затем места резания и поверхность самих лезвий необходимо отшлифовать, чтобы уменьшить потери энергии при трении.
Лопасти устанавливаются под углом около 40-45 градусов — это поможет увеличить площадь поверхности, на которую будет воздействовать сила потока
Расстояние между двумя боковыми дисками должно быть как можно ближе к длина лопаток. Для того чтобы наметить место для расположения будущих ступиц, рекомендуется сделать шаблон из фанеры, на котором будет указано место для каждой детали и отверстие для крепления колеса к генератору. Готовую маркировку можно прикрепить снаружи одного из дисков.
Затем круги устанавливаются параллельно друг другу с помощью стержней с цельной резьбой, а лопасти привариваются или фиксируются болтами в нужных положениях. Барабан будет вращаться на подшипниках, а в качестве опоры используется каркас из уголков или труб небольшого диаметра.
На этом этапе сборку барабана можно считать завершенной, осталось оснастить его самодельным генератором и насадкой, направляющей поток воды
Насадка предназначена для источников воды каскадного типа – такая установка позволит максимальное использование энергии потока. Этот вспомогательный элемент изготавливается путем гибки листового металла с последующей сваркой швов, а затем монтируется на трубу.
Однако, если в вашем районе протекает ровная река без порогов и других высотных препятствий, эта деталь не нужна.
Важно, чтобы ширина выходного отверстия сопла соответствовала ширине самого колеса, иначе часть потока будет уходить вхолостую, не попадая на лопатки
Теперь колесо нужно установить на ось и установить на опора из уголков, сваренных или скрепленных болтами. Осталось сделать генератор (или установить готовый) и можно отправляться к реке.
Генератор своими руками
Для изготовления самодельного генератора необходимо сделать статорную обмотку и заливку, для чего потребуются катушки со 125 витками медного провода на каждой. После их соединения вся конструкция заполняется полиэфирной смолой.
Каждая фаза состоит из трех последовательно соединенных катушек, поэтому соединение можно выполнить в виде звезды или треугольника с несколькими внешними выводами
Теперь нужно подготовить фанерный шаблон, соответствующий размеру тормозного диска.
На деревянном кольце сделана разметка и сделаны прорези для установки магнитов (в данном случае использовались неодимовые магниты толщиной 1,3 см, шириной 2,5 см и длиной 5 см). Затем полученный ротор также заливают смолой, а после высыхания прикрепляют к барабану колеса.
Водяное колесо с тормозным диском, ротором и катушкой генератора из медной проволоки — окрашено, презентабельно и готово к эксплуатации
Последний установленный алюминиевый кожух с амперметром, закрывающий выпрямители. Задача этих элементов – преобразовать трехфазный ток в постоянный.
После установки колеса в ручье речки с каскадом или обводной трубой можно рассчитывать на производительность мини-ГЭС на 1,9А*12В при 110 оборотах в минуту
Для предотвращения листьев, песка и другой мусор, приносимый потоком, от попадания в колесо, желательно поставить перед устройством защитную сетку.
Также можно поэкспериментировать с зазорами между магнитами и катушками с увеличенным числом витков для увеличения КПД гидростанции.
Обо всех видах Вы узнаете, прочитав статью о внедрении зеленых технологий в повседневную жизнь.
Выводы и полезное видео по теме
Видео №1. Пример работающей гидроустановки с самодельным генератором на базе трехфазного двигателя:
Видео №2. Мини ГЭС на водной тяге :
Видео №3.Станция на базе велосипедного колеса интересное решение проблемы энергообеспечения на отдыхе вдали от цивилизации:
Как видите, построить водяную мини-электростанцию своими руками не так уж и сложно. Но поскольку большинство расчетов и параметров его компонентов определяются «на глазок», следует быть готовым к возможным поломкам и сопутствующим затратам.
Если вы чувствуете недостаток знаний и опыта в этой сфере, стоит довериться специалистам, которые произведут все необходимые расчеты, посоветуют оптимальное для вашего случая оборудование и качественно его установят.
Пожалуйста, пишите комментарии в блоке ниже. Делитесь интересной информацией и полезными рекомендациями, оставляйте тематические фотографии. Возможно, вы хотите рассказать, как построили собственную ГЭС на загородном участке? Будем рады прочитать ваш рассказ о процессе устройства и эксплуатации.
DIY Micro-Hydro: «альтернативный» альтернативный источник энергии
DIY Micro-Hydro, гидроэлектроэнергия: Электричество в жилых домах в Коста-Рике стоит дорого. Показатели являются одними из самых высоких в Латинской Америке и намного выше, чем в Северной Америке. Даже в доме без кондиционирования воздуха или отопления наше ежемесячное потребление составляло в среднем от 400 до 500 кВтч, а счета составляли от 150 до 200 долларов.
Желая сэкономить деньги и заботиться об окружающей среде, мы начали искать варианты получения собственной энергии. Основываясь на наших последних платежных записях, нам нужно было решение, которое могло бы дать нам от 10 до 14 кВтч в день.
Солнечная энергия является наиболее очевидным альтернативным источником энергии, который приходит на ум потребителям Коста-Рики. Это хороший вариант для многих людей, помимо того, что он полезен для планеты.
Но солнечная энергия — не единственный вариант, и нам было интересно рассмотреть другие возможности. На самом деле более 94 процента электроэнергии Коста-Рики вырабатывается из возобновляемых источников. Но относительно немного из этого приходится на солнечную или ветровую энергию; остальное поступает из воды. Гидроэлектростанции производят около 80 процентов электроэнергии страны. В таком мегамасштабе это немалое производство: огромные плотины используют воду, протекающую через огромные водяные турбины, для производства и хранения электроэнергии. Вот почему было создано озеро Ареналь.
Мы построили мост над готовой водозаборной плотиной (форзалив) и скрыли большую часть питающей трубы под землей, чтобы сохранить естественную красоту ручья.
Удивительно, но гидроэлектроэнергия не обязательно должна быть такой большой проблемой, даже для «обычного» бытового потребителя. При правильных условиях вы тоже можете генерировать энергию с помощью собственной микрогидросистемы.
Я не говорю, что микроГЭС — это простое решение. И это определенно не для всех — буквально — с точки зрения доступности. Это потому, что в первую очередь вам нужна вода. Любой может использовать энергию солнца, но не гидроэнергетика. Это не может быть просто вода; это должна быть вода, которую можно использовать… не так просто, как кажется. Природные водные ресурсы, такие как ручьи и реки, считаются общественными. Таким образом, вы не можете построить свою собственную микро-гидросистему в ручье, которым вы не владеете.
Что вы, однако, можете сделать, так это создать его в потоке, который течет через собственность, которой вы владеете, с обеих сторон, с входом и выходом также внутри вашей собственности.
Во-вторых, у вас должно быть достаточно воды. Маленькая сезонная струйка не пригодится; поток должен течь весь год со скоростью, достаточной для выработки электроэнергии. Если вы не можете наполнить 5-галлонное ведро менее чем за 5 секунд, у вас недостаточно воды.
В-третьих, и, вероятно, наиболее важно, вам нужна достаточная «голова» для управления системой. Напор относится к вертикальному перепаду от водозаборника до турбины генератора. Вам нужно как минимум 50-футовое вертикальное падение, чтобы генерировать достаточную мощность.
После того, как мы определили, что все эти требования могут быть выполнены на нашей территории для выработки около 12 кВтч электроэнергии в день, мы приступили к строительству микрогидросистемы в 2015 году. Мы работали с Osa Waterworks (osawaterworks.com) над проектом. и установка.
Основное внимание уделялось расположению впускного коллектора и корпуса турбины. Чтобы максимизировать падение напора с высоты 50 футов, наше всасывающее устройство и корпус турбины находятся на расстоянии чуть более 150 метров друг от друга, а 4-дюймовая труба из ПВХ проходит от впускного отверстия к корпусу и встроена в землю в основном из эстетических соображений.
Наша турбина американского производства с максимальной мощностью 2,5 кВт. Он компактен и работает как автомобильный генератор. Вращающиеся магниты внутри производят электричество. В нем используется так называемое колесо Пелтона, приводимое в движение силой и скоростью воды, падающей на него. Вот почему важно падение головы. Вес водяного столба создает давление, увеличивающееся по мере того, как вода течет по 4-дюймовой трубе в полудюймовые сопла. Чем быстрее вращается колесо, тем больше мощность.
Также из эстетических соображений наша электростанция спроектирована таким образом, чтобы ее можно было спрятать под землей. Здесь вы видите турбину в центре, прикрепленную к четырем соплам. Увеличение давления для привода турбины происходит, когда вода, текущая по трубе диаметром 4 дюйма, отводится через четыре подвода диаметром два дюйма, каждый из которых соединен с одним из сопел диаметром полдюйма.
Мы также пожертвовали расстоянием до нашего инвертора, протянув более 200 метров кабеля по подземному трубопроводу от турбины до нашего гаража, где находятся инвертор и хранилище. Электричество уже подведено к дому, поэтому мы используем систему интеллектуальных сетей. Любая энергия, которая нам нужна в дополнение к гидроэлектроэнергии, которую мы используем, поступает из сети. Причины отказа от использования системы привязки к национальной энергетической компании — тема для отдельной статьи.
Установка не обошлась без осложнений, включая засорение первоначального водозабора в русле реки наносами для обеспечения беспрепятственного стока воды. Некоторые модификации методом проб и ошибок с использованием небольшой плотины работали хорошо.
Оно того стоило? Наша микрогидросистема работает уже почти три года. Это стоило более 12 000 долларов, что дороже, чем солнечная система сопоставимого размера. Но в течение периода окупаемости в 10 или 12 лет это не было проблемой. Наши ежемесячные счета за электроэнергию сейчас колеблются от 20 до 25 долларов, поскольку мы не обеспечиваем 100 процентов наших потребностей в энергии. Но мы экономим 120 или более долларов в месяц по сравнению с тем, что мы платили раньше, почти 1500 долларов в год.