Zbog stalnog rasta cijene ugljikohidratnih energenata, stručnjaci sve više pažnje posvećuju prednostima korištenja električne energije proizvedene na ekonomičniji način. Jedan od najekonomičnijih i ekološki prihvatljivih...
Zbog stalnog rasta cijene ugljikohidratnih energenata, stručnjaci sve više pažnje posvećuju prednostima korištenja električne energije proizvedene na ekonomičniji način. Jedan od najekonomičnijih i ekološki najprihvatljivijih načina proizvodnje električne energije je hidroelektrana za dom, čiji se troškovi svode na primarnu izgradnju i održavanje opreme. No, nema svaki lokalitet prirodne mogućnosti za izgradnju takvih građevina, koje zahtijevaju snažan protok vode i veliku visinsku razliku koju stvara brana, u ovom slučaju u pomoć energetskim inženjerima priskaču mini hidroelektrane.
Princip rada i mini hidroelektrana
Princip rada ove opreme je prilično jednostavan, što doprinosi njegovoj pouzdanosti. Protok vode, koji pada na lopatice turbine, rotira hidraulički pogon, zajedno s električnim generatorom, koji osigurava proizvodnju električne energije pod kontrolom upravljačkog sustava.
Moderne mini hidroelektrane opremljene su upravljačkim sustavom koji omogućuje rad u automatskom načinu rada s trenutnim prijelazom na ručno upravljanje u slučaju nužde. Sustav zaštite na više razina omogućuje izbjegavanje preopterećenja opreme kada se vanjski uvjeti promijene. Dizajn stanica omogućuje minimiziranje građevinskih radova tijekom ugradnje potrebne opreme.
Vrste mini hidroelektrana
Mini hidroelektrana je oprema snage od 1 do 3000 kW, koja uključuje uređaj za unos vode (turbinu), proizvodnu jedinicu i sustav upravljanja opremom.
Ovisno o korištenim vodnim resursima, mini hidroelektrane se dijele u nekoliko kategorija:
- protočne stanice koje koriste energiju malih rijeka s organiziranim akumulacijama. Uglavnom se koriste na ravnom terenu;
- stacionarne stanice koje koriste energiju brze struje u radu planinskih rijeka;
- stanice koje koriste razlike protoka vode u industrijskim poduzećima;
- mobilne stanice koje koriste ojačana crijeva za organizaciju protoka.
U skladu s očekivanim tlakom protoka vode, hidroelektrana i njezina turbina su projektirane tako da odgovaraju snazi agregata za proizvodnju energije kako bi se osigurala potrebna brzina generatora i olakšalo stvaranje potrebne frekvencije struje.
Za različite uvjete rada mini hidroelektrana razvijene su odgovarajuće izvedbe turbina:
- s velikim tlakom protoka vode većim od 60 m koriste se radijalno-aksijalne turbine i turbine s kantom;
- s prosječnim intenzitetom protoka od 25 - 60 m, dobro su se pokazale turbine rotacijskog i radijalno-aksijalnog dizajna;
- na niskotlačnim tokovima isplativije je koristiti rotacijske i propelerne konstrukcije smještene u armiranobetonskim komorama.
Video domaća hidroelektrana
Značajke spajanja mini hidroelektrane
Uređaj ove opreme omogućuje vam povezivanje stanica izravno na mrežu napajanja, u ovom slučaju se koristi sinkroni generator. Za stvaranje lokalne mreže koristi se asinkrona jedinica koja je opremljena balastnom jedinicom koja je potrebna za rasipanje viška snage kako bi se izbjegao kvar sustava napajanja i nagle promjene u glavnim mrežnim parametrima.
Prednosti i nedostaci mini hidroelektrana
Prednosti takvih sustava uključuju:
- ekološka sigurnost opreme i nema potrebe za poplavom velikih površina;
- niska cijena proizvedene električne energije, koja je nekoliko puta jeftinija od one proizvedene u termoelektranama;
- jednostavnost i pouzdanost korištene opreme i mogućnost njezina izvanmrežnog rada;
- neiscrpnost korištenog prirodnog resursa
Nedostaci uključuju:
- prekidi u opskrbi električnom energijom pojedinih regija u slučaju kvara opreme, u slučaju korištenja mini hidroelektrane kao lokalnog izvora. To se kompenzira prisutnošću napajanja u nuždi, automatski spojenog;
- slaba proizvodna i popravna baza ove grane opskrbe energijom u našoj zemlji.
Budući da su cijene električne energije nedavno počele rasti, obnovljivi izvori električne energije postaju sve važniji među stanovništvom, što im omogućuje gotovo besplatno dobivanje električne energije. Među takvim izvorima poznatim čovječanstvu, vrijedi istaknuti solarne ploče, vjetroturbine, kao i kućne hidroelektrane. Ali potonji su prilično složeni, jer moraju raditi u vrlo agresivnim uvjetima. Iako to uopće ne znači da je nemoguće izgraditi mini hidroelektranu vlastitim rukama.
Da biste sve učinili ispravno i učinkovito, glavna stvar je odabrati prave materijale. Oni bi trebali osigurati maksimalnu trajnost stanice. Domaći hidroelektrični generatori, koji imaju snagu usporedivu s onima solarnih panela i vjetrenjača, mogu proizvesti mnogo više energije. No, iako puno ovisi o materijalima, tu nije sve kraj.
Vrste mini hidroelektrana
Postoji veliki broj različitih varijacija mini-hidroelektrana, od kojih svaka ima svoje prednosti, značajke i nedostatke. Postoje sljedeće vrste ovih uređaja:
- vijenac;
- propeler;
- rotor Daria;
- vodeni kotač s lopaticama.
Hidroelektrana vijenac sastoji se od kabela na koji su pričvršćeni rotori. Takav kabel se povuče preko rijeke i uroni u vodu. Protok vode u rijeci počinje okretati rotore, koji zauzvrat okreću kabel, na čijem se jednom kraju nalazi ležaj, a na drugom - generator.
Sljedeća vrsta je vodeni kotač s oštricama. Postavlja se okomito na površinu vode, uranjajući manje od polovice. Budući da tok vode djeluje na kotač, on se okreće i vrti generator za mini hidroelektranu na kojem je ovaj kotač pričvršćen.
Klasični vodeni kotač - dobro zaboravljeno staro Što se elisne hidroelektrane tiče, radi se o vjetrenjači koja se nalazi pod vodom s okomitim rotorom. Širina ne prelazi 2 centimetra. Ova širina je dovoljna za vodu, jer upravo ta vrijednost omogućuje proizvodnju maksimalne količine električne energije s minimalnim otporom. Istina, ova širina je optimalna samo za brzine protoka do 2 metra u sekundi.
Što se tiče ostalih uvjeta, parametri lopatica rotora izračunavaju se zasebno. A Darrieusov rotor je okomito postavljen rotor, koji radi na principu diferencijalnog tlaka. Slično se sve događa i s krilom zrakoplova na koje utječe sila dizanja.
Prednosti i nedostatci
Ako uzmemo u obzir hidroelektranu vijenac, onda ona ima niz očitih nedostataka. Prvo, dugi kabel koji se koristi u konstrukciji predstavlja opasnost za druge. Veliku opasnost predstavljaju i rotori skriveni pod vodom. Pa, osim toga, vrijedi napomenuti nisku učinkovitost i visoku potrošnju materijala.
Što se tiče nedostataka rotora Darier, da bi uređaj počeo proizvoditi električnu energiju, prvo se mora odvrnuti. Istina, u ovom slučaju, snaga se uzima izravno iznad vode, tako da bez obzira na to kako se protok vode mijenja, generator će proizvoditi električnu energiju.
Sve navedeno faktori su koji hidroturbinu za mini hidroelektrane i vodene kotače čine popularnijom. Ako uzmemo u obzir ručnu konstrukciju takvih uređaja, onda oni nisu tako komplicirani. Osim toga, uz minimalne troškove, takve mini hidroelektrane mogu proizvesti pokazatelje maksimalne učinkovitosti. Dakle, kriteriji popularnosti su očiti.
Gdje početi graditi
Izgradnja mini hidroelektrane vlastitim rukama trebala bi započeti mjerenjem pokazatelja brzine toka rijeka. To se radi vrlo jednostavno: samo označite udaljenost od 10 metara uzvodno, uzmite štopericu, bacite čip u vodu i zabilježite vrijeme koje mu je potrebno da prijeđe izmjerenu udaljenost.
U konačnici, ako se 10 metara podijeli s brojem prošlih sekundi, dobivate brzinu rijeke u metrima u sekundi. Treba imati na umu da nema smisla graditi mini hidroelektrane na mjestima gdje brzina protoka ne prelazi 1 m / s.
Ako je rezervoar daleko, možete izgraditi obilazni kanal Ako trebate shvatiti kako se prave mini-hidroelektrane u području gdje je brzina rijeke niska, tada možete pokušati povećati protok organiziranjem visinske razlike. To se može učiniti ugradnjom odvodne cijevi u ribnjak. U ovom slučaju, promjer cijevi će izravno utjecati na brzinu protoka vode. Što je promjer manji, protok je brži.
Ovaj pristup omogućuje vam organiziranje mini hidroelektrane čak i ako mali potok prolazi u blizini kuće. Odnosno, na njemu je organizirana sklopiva brana, ispod koje je izravno instalirana mini hidroelektrana za napajanje kuće i kućanskih aparata.
Ako u blizini kuće postoji ribnjak s branom ili potok, možete napraviti izvrstan izvor besplatne dodatne energije. U članku će se razmotriti primjer kako vlastitim rukama možete napraviti hidroelektranu na bazi vodenog kotača. Ovako napravljena elektrana sposobna je isporučiti struju do 6 A, a kada se instalira na mali tok, instalacija je pokazala rezultat od 2 A. To je dovoljno za uključivanje prijemnika i nekoliko žarulja. Snaga ovisi o sili kojom teče voda.
Materijali i alati:
- uglovi i reznice lima;
- diskovi za stvaranje kotača (koriste se iz kućišta generatora Onan, koji nije uspio);
- generator (izrađen od dva Dodge kočna diska od 28 cm svaki);
- osovina i ležajevi su također preuzeti od Dodgea;
- bakrena žica s poprečnim presjekom od oko 15 mm;
- neodim magneti;
- šperploča;
- polistirenska smola (potrebna za punjenje statora i rotora).
Proizvodni proces:
Prvi korak. Izrada kotača
Za izradu kotača potrebna su vam dva čelična diska. U ovom slučaju, njihov promjer je 28 cm (11 inča). Disk mora biti označen tako da je jasno gdje ugraditi oštrice. Za izradu oštrica uzima se cijev promjera 4 inča i reže po dužini na 4 dijela. Ukupno, kotač ima 16 oštrica. Da bi se učvrstili diskovi, oni se povlače zajedno s četiri vijka. Zatim možete postaviti oštrice u željene položaje. Zavareni su. Razmak između diskova je 10 inča, odnosno duljina kotača je 10 inča.
U ovoj fazi, montaža hidroelektrane je gotova, kotač je spreman, sada trebate napraviti mlaznicu i generator. Na jednoj strani diska nalazi se rupa za prikladnu montažu kotača na generator.
Drugi korak. Izrada mlaznice
Mlaznica je potrebna za usmjeravanje vode na kotač. Njegova širina je 10 inča, kao i širina kotača. Mlaznica je izrađena od jednog komada metala savijanjem. Zatim se konstrukcija zavaruje zavarivanjem.
Sada možete postaviti kotač na osovinu i mehanički dio HE je gotovo spreman. Ostaje sastaviti i ugraditi generator.
Mlaznica je podesiva po visini, što vam omogućuje kontrolu protoka vode ovisno o situaciji.
Treći korak. Sastavljanje generatora
Proces stvaranja generatora sastoji se od nekoliko koraka. Prvo morate napraviti namot, sastoji se od 9 zavojnica. Svaka zavojnica ima 125 zavoja. Promjer bakrene žice je 1,5 mm. Svaku fazu čine tri zavojnice spojene u seriju. Prikazuje se ukupno 6 krajeva, što će spoj učiniti zvijezdom i trokutom.
Zaključno, zavojnice su napunjene polietilenskom smolom i gotovi stator izlazi. Promjer mu je 14 inča, a debljina 0,5 inča.
Za sastavljanje generatora potrebna je šperploča, od nje se izrađuje predložak. Nadalje, prema ovom predlošku ugrađuje se 12 magneta dimenzija 2,5 x 5 cm i debljine 1,3 cm. Na kraju se rotor također puni polietilenskom smolom. To je sve, nakon sušenja, generator je spreman.
Ispod aluminijskog poklopca nalaze se ispravljači koji trofaznu izmjeničnu struju pretvaraju u istosmjernu. Skala ampermetra ima raspon do 6 A. Uz najmanji razmak između magneta, uređaj daje 12 volti pri 38 o/min.
Na stražnjoj strani alternatora nalaze se dva vijka za podešavanje koji vam omogućuju podešavanje zračnog razmaka. Tako je moguće odabrati najprihvatljivije parametre za rad generatora.
Četvrti korak. Završna faza montaže i ugradnje generatora
Sve pričvršćivače, kao i vodeni kotač, potrebno je obojiti. Prvo, na ovaj način uređaj će izgledati ljepše. I drugo, boja će zaštititi metal od hrđe, koja će se brzo pojaviti u blizini izvora vode. Bilo bi lijepo generator opremiti zaštitnim krilom koje odvraća prskanje, ali autor nije pronašao odgovarajući materijal.
Na fotografiji možete vidjeti mjesto gdje će biti instaliran generator. Ovo je cijev iz koje voda teče iz brane. Pad je oko 3 metra. Kotač će uzeti samo određeni dio cjelokupnog protoka vode. U praksi je najbolje rezultate pokazao položaj gdje voda ulazi pod kutom od 10 sati, a izlazi pod kutom od 5 sati. Tada se postiže maksimalna snaga.
Oduvijek me privlačilo dobivanje besplatne energije iz prirodnih resursa. I nekako mi je pala ideja da napravim jednostavnu mini elektranu koja bi proizvodila struju iz vodenog toka koji prolazi.
Sve je počelo s idejom da se bubanj stare perilice rublja koristi kao vodeno kolo, minijaturna domaća hidroelektrana.
Ravne oštrice izrađene od šperploče otporne na vlagu pričvršćene su na bubanj pomoću metalnih uglova.
Zakretni moment s vodenog kotača se remenom prenosi na biciklistički dinamo (DC generator). Proizvedena električna energija se dovodi u LED. Dovoljno je lagano rukom okrenuti kotač i LED će početi treptati.
Osnova cijele strukture je okvir bicikla.
Dva ležaja omogućuju slobodno okretanje vodenog kotača.
Prvi testovi na maloj rijeci pokazali su da je vodeni kotač na okviru postavljen previsoko, što onemogućuje protok vode da ga normalno okreće.
Nakon malih promjena u dizajnu okvira, kotač se počeo nalaziti niže, a brzina vrtnje se dramatično povećala. Kao rezultat toga, dinamo se počeo okretati i LED dioda od 4,5 V se upalila.
Ovako je iz starog smeća ispala domaća hidroelektrana.
Nadalje, sklop mini hidroelektrane postavljen je na malom potoku.
Proizvodi samo nekoliko volti, ali oni su dovoljni da upali LED diodu.
Bio je to dobar eksperiment za početak.
Daljnje unapređenje projekta
Daljnje poboljšanje vodenog kotača trebalo bi utjecati na:- Izgradite mini branu za povećanje tlaka vode. Pritom se ne planira potpuno začepiti rijeku kako bi riba mogla otići u drugi tok.
- Ispod brane ugradite cijev kroz koju će voda teći do improvizirane turbine. Postavite kućište od gumene transportne trake u cijev. Blokiranjem protoka vode kroz cijev možete servisirati mehanizme.
- Prema izračunima, turbina će proizvesti otprilike dvostruko više snage od vodenog kotača. Osim toga, zamjena vodenog kotača turbinom trebala bi eliminirati problem smrzavanja zimi.
- Protok vode će okretati turbinu, prenoseći moment na generator. Turbina će se držati na dva ležaja od punog drveta. Uz redovito podmazivanje, dugo će trajati. Potisna podloška će spriječiti mehanizam od bočnog pomaka.
- Izradite metalne oštrice, izračunavajući kut pod kojim ih treba savijati (snaga hidroelektrane ovisi o ovom parametru). Oštrice će se morati pričvrstiti gumenim brtvama kako bi se izbjeglo njihovo odvajanje.
- Za prijenos zakretnog momenta koristite osovinu sastavljenu od cijevi.
- Instalirajte generator. Ugradite remenicu manju od one koja je montirana na osovinu generatora. To će povećati brzinu, što je potrebno za učinkovit rad generatora.
Na tom mjestu ćemo pokušati napraviti našu novu hidroelektranu. Ranije su se na ovom ribnjaku već pokušavali stvoriti domaća hidroelektrana od kotača s remenom do generatora (usput rečeno, prikazano je na fotografiji na kraju članka), što je dalo struja od oko 1 amper, to je bilo dovoljno za napajanje nekoliko žarulja i radija u našoj maloj lovačkoj kući. Ova elektrana uspješno radi više od 2 godine, a na mjestu ove mini brane odlučili smo napraviti snažniju verziju slične inačice hidroelektrane.
Za proizvodnju hidroelektrane mini brane trebat će vam:
Ostaci i uglovi lima;
- Diskovi za kotač (koriste se iz tijela neuspjelog generatora Onan);
- Generator (izrađen je od dva diska promjera 11 inča od Dodge disk kočnica);
- Čini se da su pogonska osovina i ležajevi također iz Dodgea, ne sjećamo se točno, pa smo ih vlastitim rukama uklonili iz nekog drugog domaćeg proizvoda;
- bakrena žica s poprečnim presjekom od približno 15 mm;
- malo šperploče;
- magneti;
- polistirenska smola za punjenje rotora i statora.
Proizvodni proces
Izrađujemo oštrice pogonskog kotača od čelične cijevi od 4 inča izrezane na 4 dijela.
Napravili smo predložak koji je pomogao u polaganju rupe.Bočne površine kotača su felge od 12 inča.
Izrađujemo šablonu s kojom označavamo rupe za glavčine (5 komada), kao i položaj kuta lopatica. U takvom kotaču, gledano sa strane, voda oko 10 sati udari u vrh, prolazi kroz sredinu kotača, a izlazi na dno u 5 sati, tako da voda dva puta udari u kotač. . Pregledali smo veliki broj fotografija i pokušali modelirati širinu i kut lopatica. Na gornjoj fotografiji - oznake za rubove lopatica i rupe za pričvršćivanje kotača na generator. Točak ima 16 oštrica.
Predložak je zalijepljen na jedan od diskova - buduću bočnu površinu kotača, stegnuli smo oba diska zajedno. Na gornjoj fotografiji - bušenje malih rupa za pozicioniranje oštrica.
Napravimo razmak između diskova od 10 inča, koristeći klinove s čvrstim nitima, i poravnamo ih što je pažljivije prije ugradnje oštrica.
Postupak zavarivanja kotača prikazan je na gornjoj fotografiji. Vrlo je važno da su oštrice izrađene od pocinčane čelične cijevi. Prije zavarivanja potrebno je skinuti cink s rubova oštrica, jer pocinčani metal tijekom zavarivanja ispušta otrovne plinove, što nastojimo izbjeći.
Gotovi kotač naše buduće hidroelektrane, bez generatora. S druge strane kotača (nasuprot alternatora) nalazi se rupa promjera 4" na bočnom disku za jednostavno pričvršćivanje na alternator, a također i za čišćenje, da zabijete ruku i uklonite štapove i druge krhotine koje voda može unijeti unutra .
Mlaznica je iste širine (10 inča) kao i kotač i visoka oko 1 inča od kraja gdje voda izlazi. Površina mlaznice je nešto manja od cijevi od 4 inča na koju je mlaznica montirana. Na gornjoj fotografiji - vlastitim rukama savijamo metalni lim za mlaznicu.
Postavili smo kotač na osovinu, naša hidroelektrana je gotovo spremna, ostaje samo napraviti i ugraditi generator. Cijela konstrukcija je pokretna. Mlaznicu možemo pomicati naprijed, natrag, gore, dolje. Kotač i generator mogu se kretati naprijed i nazad.
Izrada generatora za našu hidroelektranu.>
Izrađujemo namot statora i pripremamo se za izlijevanje. Namot se sastoji od 9 zavojnica, svaka zavojnica se sastoji od 125 zavoja bakrene žice s poprečnim presjekom od 1,5 mm. Svaka faza se sastoji od 3 zavojnice spojene u seriju, izveli smo 6 krajeva, tako da spoj možemo napraviti kao zvijezda ili trokut.
A ovo je stator - nakon izlijevanja. (Za punjenje koristimo poliestersku smolu) Njegov promjer je 14 inča (35,5 cm), debljina 0,5 inča 1,3 cm.
Izrađujemo predložak od šperploče - za označavanje ispod magneta.
Na fotografiji - predložak i jedan od kočionih diskova (budući rotor).
Slažemo 12 magneta veličine 2,5 x 5 cm, debljine 1,3 cm, prema pripremljenom predlošku.
Rotor punimo poliesterskom smolom, a kada se smola osuši, rotor će biti spreman za rad.
Ovako izgleda naša skoro dovršena hidroelektrana s generatorom.
Fotografija s druge strane. Ispod aluminijskog poklopca su dva mostna ispravljača od 3-fazne AC do DC. Ampermetarska skala - do 6A. U tom stanju, sa zračnim razmakom između magnetnih rotora smanjenim do granice, stroj daje 12,5 volti pri 38 o/min.
U stražnjem magnetskom rotoru nalaze se 3 vijka za podešavanje za podešavanje zračnog raspora kako bi se generator mogao brže okretati prema potrebi, nadajući se da će pronaći optimalno.
U slobodno vrijeme u stvaranju hidroelektrane sudjelovalo je 17 ljudi.
Počinjemo s proizvodnjom zatvarača, za to prvo očistimo svu hrđu od lima i uglova, grundiramo i farbamo, to naravno nije potrebno, ali je ljepše i bit će tržišnog izgleda.
Naš generator vodenih kotača je spreman, ostaje samo da ga instalirate!
Bilo bi lijepo za generator napraviti zaslon za prskanje koji bi se okretao s kotačem, ali nikada nismo pronašli odgovarajući materijal. Stoga smo odlučili to učiniti kasnije, ako hidroelektrana bude radila.
Još jedna fotografija generatora s vodenim kotačem. Mlaznica još nije ugrađena, nalazi se u stražnjem dijelu tijela i uskoro ćemo je staviti.
Na fotografiji - mjesto gdje ga želimo staviti. Cijev od 4" izlazi sa dna brane, pad od oko 3 metra. Uzimamo samo mali dio protoka vode.
Ovo je naša stara mikro-hidroelektrana, koja je radila 2 godine uključujući i zime. Bilo je dovoljno za 1 amper (12 vata) ili tako nešto. Ovo je kotač vjeverice, s remenskim pogonom na motor od Ametek računalnog streamera. Napetost remena je ključna za uspješan rad i mora se često podešavati. Nadamo se da smo izgradili nešto bolje od ovoga.
Evo naše HE na mjestu, postavljamo je. Na kraju dolazimo do teorijski predviđenih parametara: najbolji rezultat se postiže kada voda uđe u 10 sati na rub, a izlazi oko 5 sati.
Zasluženo! Izlaz je oko 2 ampera (točnije 1,9). Ne može se povećati struja. Prilagodbe nije lako napraviti – svaki pomak kotača zahtijeva odgovarajući pomak mlaznice, i obrnuto. Također možemo promijeniti zračni razmak i promijeniti vezu sa zvijezde na trokut. Rezultat je očito bolji sa zvijezdom - snaga je veća od snage trokuta pri istoj brzini. Završili smo sa zvijezdom od 1,25" (prilično).
Stroj se može učiniti malo jeftinijim korištenjem manje snažnih magneta i manjeg zračnog raspora... ili može proizvesti više struje s istim magnetima, manjim razmakom i zavojnicama s više zavoja. Jednog dana ćemo doći do toga. U međuvremenu - kotač proizvodi 160 o/min u praznom hodu, 110 o/min pod opterećenjem, proizvodi 1,9 A x 12V.
Na moru smo uživali, bilo je jako zabavno, a mini hidroelektrana dobro radi. Još nam treba ekran za generator - rijeka je puna crnog pijeska! Svakih nekoliko sati potrebno je očistiti magnetne rotore od nakupina pijeska. Potrebno je ili staviti zaslon, ili pričvrstiti nekoliko snažnih magneta na ulaz u cijev.
Na temelju materijala sa stranice: Otherpower.com
