Centrală hidroelectrică realizată de dumneavoastră: cum să construiți o mini-hidrocentrală autonomă

Forța fluxului de apă este o resursă naturală regenerabilă, care vă permite să obțineți electricitate aproape gratuit. Energia oferită de natură vă va oferi posibilitatea de a economisi la cheltuielile cu utilitățile și de a rezolva pro blema încărcării echipamentelor.

Dacă lângă casa dumneavoastră curge un pârâu sau un râu, ar trebui să le valorificați. Acestea pot furniza energie electrică pentru teren și locuință. Iar dacă hidrocentrala este construită cu propriile mâini, efectul economic crește de mai multe ori.

În articolul de față sunt descrise detaliat tehnologiile de fabricare a instalațiilor hidrotehnice private. V-am spus ce este necesar pentru amenajarea sistemului și conectarea acestuia la consumatori. De la noi veți afla despre toate variantele de mini-furnizori de energie, asamblate din materiale disponibile.

Minihidrocentrale pentru uz neindustrial

Hidrocentralele sunt construcții capabile să transforme energia mișcării apei în electricitate. Furnizorii alternativi “verzi” de energie electrică sunt încă exploatați activ doar în Vest. Pe teritoriul țării noastre, acest sector promițător abia face primii pași timizi.

Microhidrocentralele private pot fi baraje pe râuri mari, care produc de la zeci până la câteva sute de megawați, sau microhidrocentrale cu o putere maximă de 100 kW, suficiente pentru nevoile unei case private. Iată despre acestea din urmă vom afla mai multe detalii.

Stație de tip ghirlndă cu elice hidraulice

Construcția constă dintr-un lanț de rotoare fixate pe un cablu flexibil din oțel, întins peste râu. Cablul însuși îndeplinește rolul de arbore rotativ, un capăt al căruia este fixat pe un rulment de sprijin, iar celălalt activează arborele generatorului.

Fiecare hidrorotor al «ghirlandei» poate produce aproximativ 2 kW de energie, însă viteza curentului de apă trebuie să fie de cel puțin 2,5 metri pe secundă, iar adâncimea bazinului să nu depășească 1,5 m.

Principiul de funcționare al centralei hidroelectrice cu ghirlandă este simplu: presiunea apei rotește hidroelicele, iar acestea rotesc cablul și fac generatorul să producă energie.

Centralele cu ghirlandă au fost utilizate cu succes încă de la mijlocul secolului trecut, dar pe atunci, elicele erau înlocuite de elice artizanale și chiar de cutii de conserve. Astăzi, producătorii oferă mai multe tipuri de rotoare pentru diferite condiții de exploatare.

Acestea sunt echipate cu palete de dimensiuni diferite, fabricate din tablă metalică, și permit obținerea unui randament maxim al centralei.

Dar, deși acest hidrogenerator este destul de simplu de fabricat, exploatarea sa implică o serie de condiții speciale, nu întotdeauna realizabile în viața reală. Astfel de construcții bară albia râului și este puțin probabil ca vecinii de pe mal, ca să nu mai vorbim de reprezentanții serviciilor de mediu, să vă permită să utilizați energia fluxului în scopurile dumneavoastră.

În plus, în perioada de iarnă, instalația poate fi utilizată numai pe corpuri de apă care nu îngheață, iar în condiții de climă aspră – conservată sau demontată. Prin urmare, centralele cu ghirlandă sunt construite temporar și preponderent în zone nelocuite (de exemplu, în apropierea pășunilor de vară).

Centralele rotorice cu o putere de la 1 la 15 kW/oră produc până la 9,3 MW pe lună și permit rezolvarea independentă a problemei electrificării în regiunile îndepărtate de rețelele centralizate.

Analogul modern al instalației cu ghirlandă – centralele cu cadru submersibile sau plutitoare, cu rotoare transversale. Spre deosebire de predecesoarea sa cu ghirlandă, aceste construcții nu bară întregul râu, ci utilizează doar o parte a albiei, mai mult, ele pot fi instalate pe un ponton/plută sau chiar coborâte pe fundul apei.

Rotor vertical Darrieus

Rotorul Darrieus este un dispozitiv de turbină care a primit numele în cinstea inventatorului său în 1931. Sistemul constă din mai multe palete aerodinamice fixate pe bare radiale și funcționează pe baza diferenței de presiune conform principiului „aripi portante”, utilizat pe scară largă în construcțiile navale și aviație.

Deși astfel de instalații sunt utilizate mai mult pentru crearea generatoarelor eoliene, ele pot funcționa și cu apă. Dar în acest caz sunt necesare calcule precise pentru a selecta grosimea și lățimea paletelor în funcție de forța debitului de apă.

Rotorul Darrieus seamănă cu o „moară de vânt”, doar că este instalat sub apă și poate funcționa indiferent de fluctuațiile sezoniere ale vitezei debitului.

Pentru crearea centralelor hidroelectrice locale, rotoarele verticale se utilizează rar. În ciuda randamentului bun și a aparentei simplități a construcției, echipamentul este destul de complex în exploatare.

Înainte de începerea funcționării, sistemul trebuie „pornit”, dar oprirea centralei pornite poate fi cauzată doar de înghețarea apei. Prin urmare, rotorul Darrieus este utilizat preponderent în întreprinderi industriale.

O soluție interesantă în domeniul proiectării microhidrocentralelor cu turbină verticală a fost propusă de inventatorul austriac Franz Zotlöterer:

Un avantaj semnificativ al centralelor cu vârtej este, pe bună dreptate, considerată conservarea resurselor piscicole. Funcționarea turbinei verticale nu dăunează organismelor vii ale râului. În plus, pe pereții construcțiilor nu se acumulează noroi datorită mișcării specifice a apei.

Elice subacvatică

În esență, este cel mai simplu generator eolian aerian, doar că este instalat sub apă. Dimensiunile palelor, pentru a asigura viteza maximă de rotație și rezistență minimă, se calculează în funcție de puterea curentului. De exemplu, dacă viteza curgerii nu depășește 2 m/s, atunci lățimea palei trebuie să fie între 2-3 cm.

Elicea subacvatică este ușor de realizat manual, dar este potrivită doar pentru râuri adânci și rapide – pe un corp de apă mic, palele rotative pot răni pescarii, înotătorii, păsările acvatice și animalele

Un astfel de generator eolian este instalat «în întâmpinarea» curentului, dar palele sale funcționează nu prin presiunea coloanei de apă, ci datorită apariției forței de portanță (după principiul aripii de avion sau al elicei navei).

Roată hidraulică cu palete

Roata hidraulică este una dintre cele mai simple variante de motor hidraulic, cunoscută încă din timpul Imperiului Roman. Eficiența sa depinde în mare măsură de tipul sursei pe care a fost instalată.

Roata cu alimentare inferioară se poate roti doar datorită vitezei curentului, iar cea cu alimentare superioară – prin presiunea și greutatea apei care cade de sus pe pale

În funcție de adâncimea și albia cursului de apă, se pot instala diferite tipuri de roți:

• Cu alimentare inferioară (sau cu atac inferior) – potrivite pentru râuri cu apă mică și curent rapid.
• Cu atac median – sunt amplasate în albiile cu cascade naturale, astfel încât curentul să lovească aproximativ la mijlocul tamburului rotativ.
• Cu cădere liberă (sau cu atac superior) – se instalează sub baraj, sub o conductă sau în partea inferioară a unui prag natural, pentru ca apa căzătoare să își continue drumul prin vârful roții.

Dar principiul de funcționare este același pentru toate variantele: apa ajunge pe pale și pune în mișcare roata, care face ca generatorul microcentralei să se rotească.

Producătorii de echipamente hidraulice oferă turbine gata făcute, ale căror pale sunt special adaptate pentru o anumită viteză a curentului de apă. Dar meșterii de acasă confecționează construcții cu tambur în mod tradițional – din materiale la îndemână.

Următoarea serie de fotografii vă va ajuta să vă familiarizați cu pașii de construire a celei mai simple variante de microhidrocentrală:

Poate că lipsa optimizării se va reflecta asupra indicilor de randament, însă costul de producție al echipamentului de casă va fi de câteva ori mai mic decât cel al echivalentului cumpărat. De aceea, roata hidraulică este cea mai populară variantă pentru organizarea propriei microhidrocentrale.

Condiții pentru instalarea minihidrocentralei

În ciuda ieftinității tentante a energiei produse de hidrogenerator, este important să țineți cont de particularitățile sursei de apă, ale cărei resurse intenționați să le utilizați pentru propriile nevoi.

Căci nu orice curs de apă este potrivit pentru exploatarea unei microhidrocentrale, cu atât mai mult pe tot parcursul anului, așadar nu strică să aveți în rezervă posibilitatea de conectare la o rețea centralizată.

Câteva «pro» și «contra»

Principalele avantaje ale unei hidrocentrale individuale sunt evidente: echipamente ieftine care produc electricitate ieftină și, în plus, nu dăunează naturii (spre deosebire de barajele care blochează curgerea râului). Deși nu putem numi sistemul complet sigur – totuși, elementele rotative ale turbinelor pot răni locuitorii lumii subacvatice și chiar oamenii.

Pentru a preveni accidentele, hidrocentrala trebuie împrejmuită, iar dacă sistemul este complet ascuns de apă – instalați pe mal un semn de avertizare.

Avantajele microhidrocentralei:

1. Spre deosebire de alte surse de energie «gratuite» (panouri solare, generatoare eoliene), sistemele hidro pot funcționa independent de ora din zi și de vreme. Singurul lucru care le poate împiedica este înghețarea corpului de apă.
2. Pentru instalarea unui hidrogenerator nu este necesară prezența unui râu mare – aceleași roți hidraulice pot fi folosite cu succes chiar și în pâraie mici (dar rapide!).
3. Instalațiile nu emit substanțe nocive, nu poluează apa și funcționează aproape silențios.
4. Pentru montarea unei microhidrocentrale cu o putere de până la 100 kW nu este necesară obținerea documentației de autorizare (deși totul depinde de autoritățile locale și de tipul instalației).
5. Excesul de electricitate poate fi vândut caselor vecine.

În ceea ce privește dezavantajele – un obstacol serios pentru exploatarea productivă a echipamentului poate fi forța insuficientă a curentului. În acest caz, va fi necesară construirea de structuri auxiliare, ceea ce implică costuri suplimentare.

Dacă energia potențială a râului din apropiere, conform unui calcul aproximativ, nu este suficientă pentru a produce electricitate într-un volum util practic, merită să acordați atenție metodelor de construire a generatoarelor eoliene. O turbină eoliană va constitui un complement eficient.

Măsurarea forței fluxului de apă

Primul lucru de făcut pentru a vă gândi la tipul și metoda de montare a stației este să măsurați viteza debitului de apă la sursa aleasă.

Cel mai simplu mod este să lăsați în curent orice obiect ușor (de exemplu, o minge de tenis, o bucată de polistiren sau un plutitor de pescuit) și să cronometrați timpul în care parcurge distanța până la un reper. Distanța standard pentru «înot» – 10 metri.

Dacă corpul de apă este cam departe de casă, se poate construi un canal de derivare sau o conductă și, în același timp, să se aibă grijă de diferențele de nivel.

Acum, distanța parcursă în metri trebuie împărțită la numărul de secunde – aceasta va fi viteza curentului. Dar dacă valoarea obținută este mai mică de 1 m/s, va fi necesar să se construiască structuri artificiale pentru a accelera fluxul prin diferențe de nivel.

Acest lucru poate fi realizat cu ajutorul unui baraj demontabil sau al unei conducte de scurgere nu prea largi. Dar fără un curent bun, va trebui să renunțați la ideea unei hidrocentrale.

Realizarea unei minihidrocentrale pe baza roții de apă

Desigur, a asambla «la întâmplare» și a construi o mașinărie destinată deservirii unei întreprinderi sau a unei localități chiar și dintr-o duzină de case – este o idee din domeniul fantasticului. Dar a construi cu propriile mâini o microhidrocentrală pentru economisirea energiei electrice – este pe deplin real. Mai mult, se pot folosi atât componente gata făcute, cât și materiale la îndemână.

Prin urmare, să analizăm pas cu pas fabricarea celei mai simple construcții – roata hidraulică.

Materiale și unelte necesare

Pentru a face o microhidrocentrală cu propriile mâini, trebuie să pregătiți un aparat de sudură, o polizor, un burghiu și un set de unelte auxiliare – ciocan, șurubelniță, riglă.

Din materiale vor fi necesare:

• Colțare și tablă de metal cu grosimea de cel puțin 5 mm.
• Țevi din PVC sau oțel galvanizat pentru fabricarea paletelor.
• Generator (se poate folosi unul gata cumpărat sau se poate face singur, ca în acest exemplu).
• Discuri de frână.
• Arbore și rulmenți.
• Placaj.
• Rășină polistirenică pentru turnarea rotorului și statorului.
• Fir de cupru de 15 mm pentru generatorul artizanal.
• Magneți de neodim.

Rețineți că structura roții va fi în contact constant cu apa, prin urmare elementele metalice și din lemn trebuie alese cu protecție împotriva umezelii (sau vă puteți ocupa personal de impregnarea și vopsirea lor). În mod ideal, placajul poate fi înlocuit cu plastic, dar piesele din lemn sunt mai ușor de găsit și de modelat în forma dorită.

Asamblarea roții și fabricarea duzei

Baza pentru roata propriu-zisă pot fi două discuri de oțel de același diametru (dacă există posibilitatea de a obține un tambur de oțel de cablu – excelent, aceasta va grăbi mult procesul de asamblare).

Dar dacă nu s-a găsit metal printre materialele la îndemână, se pot tăia cercuri și din placaj rezistent la apă, deși rezistența și durata de viață chiar și a lemnului tratat nu se compară cu oțelul. Apoi, pe unul dintre discuri, trebuie tăiată o gaură circulară pentru montarea generatorului.

După aceasta, se fabrică paletele, iar ele vor fi necesare în număr de cel puțin 16 buc. În acest scop, țevile galvanizate se taie longitudinal în două sau patru părți (în funcție de diametru). Apoi, locurile de tăiere și suprafața paletelor trebuie șlefuite pentru a reduce pierderile de energie prin frecare.

Paletele se montează înclinate la aproximativ 40-45 de grade – aceasta va ajuta la mărirea suprafeței asupra căreia va acționa forța curentului.

Distanța dintre cele două discuri laterale trebuie să fie cât mai apropiată de lungimea paletelor. Pentru a marca locația viitoarelor butuci, se recomandă realizarea unui șablon din placaj, pe care vor fi indicate locul pentru fiecare piesă și orificiile pentru fixarea roții la generator. Marcajul finit poate fi fixat pe partea exterioară a unuia dintre discuri.

Apoi, cercurile se instalează paralel unul cu celălalt cu ajutorul unor tije cu filet continuu, iar paletele se sudează sau se fixează cu șuruburi în pozițiile necesare. Tamburul se va roti pe rulmenți, iar ca suport se utilizează un cadru din cornier sau țevi de diametru mic.

În această etapă, asamblarea tamburului poate fi considerată finalizată; rămâne să-l dotați cu un generator artizanal și cu o duză care direcționează fluxul de apă.

Duza este destinată surselor de apă de tip cascadă – o astfel de instalație va permite utilizarea la maximum a energiei fluxului. Acest element auxiliar se fabrică prin îndoirea tablei metalice, urmată de sudarea cusăturilor, iar apoi se montează pe o țeavă.

Cu toate acestea, dacă în regiunea dumneavoastră curge un râu de câmpie fără repezișuri sau alte obstacole de înălțime, această piesă nu este necesară.

Este important ca lățimea orificiului de ieșire al duzei să corespundă lățimii roții în sine, altfel o parte a fluxului va merge «în gol», fără a ajunge pe paleți.

Acum, roata trebuie montată pe ax și instalată pe un suport din cornier sudate sau îmbinate cu șuruburi. Rămâne de realizat generatorul (sau de instalat unul gata făcut) și puteți pleca la râu.

Generator bricolat

Pentru fabricarea unui generator artizanal, trebuie să realizați înfășurarea și turnarea statorului, pentru care veți avea nevoie de bobine cu câte 125 de spire de sârmă de cupru fiecare. După conectarea lor, întreaga construcție se toarnă cu rășină poliesterică.

Fiecare fază este formată din trei bobine atașate succesiv, astfel încât conexiunea poate fi realizată în stea sau triunghi, cu mai multe ieșiri exterioare.

Acum trebuie să pregătiți un șablon din placaj care să se potrivească ca dimensiuni cu discul de frână.

Pe inelul de lemn se trasează marcajul și se fac tăieturi pentru instalarea magneților (în acest caz s-au folosit magneți de neodim cu grosimea de 1,3 cm, lățimea de 2,5 cm și lungimea de 5 cm). Apoi, rotorul obținut se toarnă, de asemenea, cu rășină, iar după uscare – se atașează la tamburul roții.

Roata de apă cu rotor din discuri de frână și generator din bobine de sârmă de cupru – vopsită, prezentabilă și gata de exploatare.

În cele din urmă, se montează o carcasă de aluminiu cu ampermetru, care acoperă redresoarele. Sarcina acestor elemente este de a converti curentul trifazat în curent continuu.

După instalarea roții în fluxul unui râu mic cu cascadă sau cu o conductă de derivație, se poate conta pe o producție a microhidrocentralei de 1,9 A * 12 V la 110 rotații pe minut.

Pentru a preveni pătrunderea în roată a frunzelor, nisipului și a altor resturi aduse de flux, este recomandabil să plasați o plasă de protecție în fața dispozitivului.

De asemenea, puteți experimenta cu spațiile dintre magneți și bobine cu un număr crescut de spire pentru a spori eficiența hidrocentralei.

Despre toate tipurile de surse alternative de energie veți afla citind articolul dedicat implementării “tehnologiilor verzi” în viața de zi cu zi.

Concluzii și material video util pe această temă

Videoclip #1. Exemplu de instalație hidraulică funcțională cu generator artizanal pe bază de motor trifazat:

Videoclip #2. Microhidrocentrală construită pe principiul roții cu apă:

Videoclip #3. Stație pe baza unei roți de bicicletă – o variantă interesantă de soluționare a problemei alimentării cu energie în vacanță departe de civilizație:

După cum vedeți, nu este atât de dificil să construiți o microhidrocentrală cu propriile mâini. Dar, deoarece majoritatea calculelor și parametrilor componentelor sale se determină „cu ochiul liber”, trebuie să fiți pregătit pentru posibile defecțiuni și costuri aferente.

Dacă simțiți o lipsă de cunoștințe și experiență în acest domeniu, merită să vă încredeți în specialiști, care vor efectua toate calculele necesare, vă vor recomanda echipamentul optim pentru cazul dumneavoastră și îl vor instala calitativ.

Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de mai jos. Împărtășiți informații interesante și recomandări utile, lăsați fotografii tematice. Poate doriți să povestiți cum ați construit cu propriile mâini o hidrocentrală funcțională pe un teren la țară? Vom fi bucuroși să citim povestea dumneavoastră despre procesul de construcție și exploatare.