Мощные реки дают нам безвозмездную энергию для производства электропитания. С её помощью можно уменьшить расходы на оплату коммунальных счетов и найти решение для зарядки устройств.
Если рядом с домом течет ручей или река, следует их использовать. Это позволит обеспечить электроэнергией участок и дом. Если же построены собственной постройкой гидроэлектростанции, экономический эффект увеличивается многократно.
Статья подробно рассказывает о технологиях создания автономных гидротехнических объектов. В
ней представлено устройство системы и подключение её к потребителям. Вы узнаете о различных видах миниатюрных энергетических установок, изготовленных из доступных материалов.
Гидроэлектростанции непромышленного назначения
Гидроэлектростанции преобразуют энергию движущейся воды в электричество. Альтернативные «зеленые» поставщики электроэнергии В западных странах эта область активно развивается, в то время как в нашей стране это направление только начинает свой путь.
На больших реках могут располагаться плотины, вырабатывающие от десятков до нескольких сотен мегаватт. Также существуют мини-ГЭС мощностью до 100 кВт, которые подходят для нужд частного дома.
Гирляндная станция с гидровинтами
Состоит конструкция из цепи роторов, прикреплённых к гибкому стальному тросу, проложенному поперек реки. Трос выполняет функцию вращательного вала: один его конец закреплён на опоре с подшипником, а другой приводит в движение вал генератора.
Каждый гидроротор «гирлянды» может производить примерно 2 киловатта энергии при скорости течения воды не меньше 2,5 метра в секунду и глубине водоема не более 1,5 метра.
Популярность гирляндных станций отмечалась ещё в середине прошлого века, однако винты выполняли функции самодельных пропеллеров и консервных банок. Современные производители предоставляют разнообразные модели роторов под разные условия работы.
Лопасти различной величины, сделанные из листа металла, входят в комплект и обеспечивают максимальную эффективность функционирования станции.
Несмотря на простоту изготовления, работа гидрогенератора требует специальных условий, которые могут быть сложны для реализации в реальной жизни. Строительство таких сооружений перегораживает русло реки, поэтому соседи по берегу и экологические службы с большой вероятностью не разрешат использовать энергию потока для личных нужд.
В зимнее время установить устройство можно лишь на водоемах, не замерзающих зимой. В суровых климатических условиях требуется консервация или демонтаж. Потому гирляндные станции строят временно и преимущественно в малонаселенных местах (например, возле летних пастбищ).
Современные аналоги гирляндных установок – погружные или наплывные рамные станции с поперечными роторами. В отличие от предшественниц, эти конструкции не перегораживают всю реку, а работают только частью русла. Их можно установить на понтоне/плоте или опустить на дно водоема.
Вертикальный ротор Дарье
Ротор Дарье – часть турбины, названная в честь изобретателя в 1931 году. Состоит из лопастей, закреплённых на радиальных балках. Работает за счёт перепада давления по принципу «подъемного крыла», применяемого в кораблестроении и авиации.
Хотя подобные установки чаще применяют для создания ветряных турбин, возможность их использования с водой тоже существует. Для этого требуется проведение точных расчетов для определения оптимальной толщины и ширины лопастей, учитывая силу водного потока.
Для возведения локальных ГЭС вертикальные роторы применяют нечасто.
Для запуска системы требуется первоначальное «прогревание», а остановка функционирующей станции возможна лишь в случае замерзания водоема.
Австрийский изобретатель Франц Цотлётерер предложил интересное решение в области проектирования малых гидроэлектростанций с вертикально вращающейся турбиной.
Водоворотные станции считаются эффективным решением для сохранения рыбных запасов, так как вертикальная турбина не причиняет вреда речным обитателям. Специфическое движение потока воды предотвращает накапливание тины на стенках сооружений.
Подводный винтовой пропеллер
Это самый простой подводный ветряк. Размеры лопастей для максимально быстрой вращения и минимального сопротивления рассчитываются исходя из силы движения потока воды. Например, при скорости течения до 2 м/сек ширина лопасти должна быть от 2 до 3 см.
Данный ветряк располагается против направления течения, но его лопасти вращаются не из-за давления потока воды, а за счет возникновения подъёмной силы, как у крыла самолёта или винта корабля.
Водяное колесо с лопастями
Водяное колесо – простой гидропривод, существовавший ещё в Древнем Риме. Работа его эффективна при определенном типе источника энергии.
В соответствии с глубиной и характером русла водоема применяют разные виды колес.
- Подливные (или нижнебойные) – подойдут для мелководных рек с быстрым течением.
- Среднебойные Располагаются в речных руслах с естественными водопадами, обеспечивая падение потока на центр вращающегося барабана.
- Наливные (или верхнебойные) Устанавливаются у дамбы, трубы или внизу естественной ступени, для того чтобы падающая вода шла по направлению к верхней части колеса.
Вода воздействует на лопасти, приводя в движение колесо. Колесо приводит в движение генератор миниэлектростанции.
Изготовители гидрооборудования выпускают турбины с лопатками, рассчитанными на заданную скорость течения воды. В то же время самоделкины возводят барабанные конструкции традиционным способом из имеющихся предметов.
Фотоподборку, демонстрирующую этапы постройки самой простой мини-ГЭС, можно увидеть далее.
Будет удобнее, если на участке есть блок, его можно прикрепить к ветви до того, как перебросить трос.
Отсутствие оптимизации может повлиять на показатели эффективности, но самостоятельное оборудование будет стоить значительно дешевле готового аналога. Именно поэтому водяное колесо — самый распространенный вариант для создания мини-ГЭС.
Условия для установки гидроэлектростанции
Несмотря на привлекательную стоимость энергии, производимой гидрогенератором, следует учитывать характеристики водоисточника, ресурсы которого предполагается использовать.
Не все ручьи подходят для работы мини-ГЭС, особенно если планируется круглосуточное функционирование.
Несколько «за» и «против»
Индивидуальные гидроэлектростанции имеют ряд преимуществ: доступное оборудование производит недорогую электроэнергию, при этом сохраняет окружающую среду (в отличие от плотин, блокирующих течение реки). Несмотря на это, полностью безопасной такую систему назвать нельзя – вращающиеся элементы турбин могут травмировать как подводных обитателей, так и людей.
Преимущества мини-ГЭС:
- Гидросистемы отличаются от солнечных батарей и ветрогенераторов возможностью функционировать независимо от времени суток и погодных условий. Единственное препятствие для работы – замерзание водоемов.
- Для установки гидрогенератора не требуется большая река; водяные колеса эффективно действуют и в небольших, но быстро текущих ручьях.
- Устройства безопасны для окружающей среды, не производят вредных выбросов и функционируют тихо.
- Монтаж мини-ГЭС, имеющих мощность до 100 кВт, не требует оформления разрешений. Однако это может зависеть от органов местного самоуправления и вида установки.
- Лишнюю электроэнергию можно реализовать соседям.
Недостаточная сила течения может существенно затруднить эффективную работу оборудования, требуя строительства дополнительных сооружений, увеличивающих расходы.
Если потенциальной энергии, которой обладает река, по предварительным подсчётам недостаточно для производства электричества в нужном количестве, обратите внимание на способы сооружения ветрогенераторов. Ветряк послужит эффективным дополнением.
Измерение силы водного потока
Для определения вида и метода установки станции первым шагом следует измерить скорость течения воды в выбранном месте.
Натяните на стремнину лёгкий предмет (например, теннисный мячик, кусок пенопласта или рыбацкий поплавок) и измерите время, за которое он преодолеет расстояние до ориентира, используя секундомер. Стандартное расстояние для «заплыва» — 10 метров.
Для определения скорости течения необходимо разделить пройденное расстояние в метрах на время в секундах. Полученная величина и будет скоростью течения. В случае, если значение меньше 1 м/сек, потребуется создание искусственных сооружений для ускорения потока перепадами высот.
Это возможно осуществить при помощи разборной плотины или узкого водоотвода. Без сильного потока от идеи со станцией по производству электроэнергии придётся отказаться.
Изготовление ГЭС на основе водяного колеса
Сооружение большой электростанции для обслуживания целого предприятия или населённого пункта самостоятельно невозможно. Однако построить мини-ГЭС для снижения расхода электричества своими руками вполне осуществимо. Для этого можно использовать как готовые комплектующие, так и подручные материалы.
Рассмотрим создание самого простого устройства – водяного колеса, подробно на каждом этапе.
Необходимые материалы и инструменты
Для сооружения мини-ГЭС понадобится сварочный аппарат, болгарка, дрель и дополнительные инструменты: молоток, отвертка, линейка.
Из материалов понадобятся:
- Куски металла и листы толщиной от 5 мм и выше.
- Изготавливают лопасти из труб, выполненных из поливинилхлорида или оцинкованной стали.
- Источник энергии можно изготовить самостоятельно или приобрести готовую модель.
- Тормозные диски.
- Вал и подшипники.
- Фанера.
- Смола на основе полистирола для заделки ротора и статора.
- Медный провод на 15 мм для самодельного генератора.
- Неодимовые магниты.
Конструкция колеса будет постоянно находиться в воде, поэтому металл и дерево должны быть защищены от влаги (или обработаны пропиткой и покраской). Фанеру лучше заменить пластиком, но древесина доступнее и проще обрабатывать.
Сборка колеса и изготовление сопла
Для изготовления колеса можно использовать два стальных диска равного диаметра. Если доступен стальной барабан от кабеля, это значительно ускорит сборку.
В отсутствие металла в имеющихся материалах можно вырезать круги из водостойкой фанеры. Несмотря на обработку, прочность и срок службы дерева не сравнятся со сталью. На одном из дисков следует прорезать круглое отверстие для установки генератора.
После этого изготавливают лопасти, потребуется не менее 16 штук. Для этого оцинкованные трубы разрезают вдоль на две или четыре части (зависит от диаметра). Места резки и поверхность лопастей нужно отшлифовать для уменьшения потерь энергии при трении.
Расстояние между боковыми дисками должно быть максимально близким к длине лопастей. Для определения места установки ступиц целесообразно изготовить шаблон из фанеры с обозначениями мест каждой детали и отверстий для крепления колеса к генератору. Готовый рисунок можно закрепить на внешней стороне одного из дисков.
Стержневыми соединениями со сплошной резьбой круги выравнивают параллельно. Лопасти приваривают или крепят болтами в требуемых местах. Вращение барабана осуществляется на подшипниках, а опорной конструкцией служит рама из уголков или труб малого диаметра.
Сопло создано для водоисточников каскадного типа – такая конструкция позволяет максимально использовать энергию потока. Изготовление этого приспособления выполняется путем изгибa листовой стали и последующей сварки стыков, а затем оно надевается на трубу.
Если в вашем регионе течет равнинная река без перепадов высоты, эта деталь не важна.
Для завершения работы необходимо установить колесо на ось и разместить его на подпорке, изготовленной из сварных или болтовыми крепежами уголков. После этого следует изготовить генератор (или установить имеющийся) и отправиться к месту назначения — реке.
Генератор своими руками
Для создания собственного генератора необходимо изготовить обмотку и заливку статора. Для этого потребуется две катушки с по 125 витками медной проволоки, которые затем соединяют. Готовую конструкцию заливают полиэстеровой смолой.
Следующим шагом будет создание шаблона из фанеры, соответствующего размеру тормозного диска.
На деревянном кольце делают разметку и отверстия для магнитов (неодимовые: толщина 1,3 см, ширина 2,5 см, длина 5 см). Затем полученный ротор заливают смолой, после высыхания — присоединяют к барабану колеса.
Монтируют последний элемент — алюминиевый кожух с амперметром, закрывающий выпрямители. Выпрямители предназначены для преобразования трёхфазного тока в постоянный.
Чтобы в колесо не попал лист, песок и другой мусор, принесенный потоком, поставьте перед устройством защитную сетку.
Можно пробовать изменить расстояние между магнитами и катушками с большим числом витков для повышения эффективности работы гидростанции.
О всех видах альтернативных источников энергии Статья о применении «зелёных технологий» поможет вам узнать об этом подробнее.
Выводы и полезное видео по теме
Видео №1. Демонстрация функционирующего гидравлического агрегата с ручным генератором, основанным на трехфазном двигателе.
Видео № 2. Малогабаритная ГЭС на основе водяного колеса.
Видео #3. Станция, построенная на базе велосипедного колеса, предлагает необычный способ получения энергии во время отдыха в отдаленных местах.
Постройка водяной миниэлектростанции собственными силами может оказаться достаточно проста. Однако из-за определения большей части расчетов и параметров составляющих «на глаз», необходимо быть готовым к потенциальным неисправностям и связанным с ними расходам.
Недостаток знаний и опыта в этой области? Обратитесь к специалистам: все расчеты, рекомендации по оборудованию и установка будут выполнены профессионально.
Поделитесь комментариями в блоке ниже. Расскажите интересные факты, дайте полезные советы, прикрепляйте тематические фотографии. Может быть, вы построили собственную мини-ГЭС на участке? Будем рады услышать о процессе создания и эксплуатации.