Doe-het-zelf waterkrachtcentrale: hoe bouw je een autonome mini-waterkrachtcentrale

De kracht van de waterstroom is een hernieuwbare natuurlijke hulpbron waarmee u vrijwel gratis elektriciteit kunt verkrijgen.De door de natuur gedoneerde energie biedt de mogelijkheid om te besparen op nutsvoorzieningen en het probleem van het opladen van apparatuur op te lossen.

Als er een beek of rivier in de buurt van uw huis stroomt, is het de moeite waard hiervan te profiteren. Zij zullen de locatie en het huis van elektriciteit kunnen voorzien. En als u met uw eigen handen een waterkrachtcentrale bouwt, neemt het economische effect aanzienlijk toe.

Het gepresenteerde artikel beschrijft in detail de productietechnologieën van particuliere hydraulische constructies. We hebben gesproken over wat er nodig is om het systeem op te zetten en aan te sluiten op consumenten. Hier maakt u kennis met alle mogelijkheden voor miniatuur energieleveranciers samengesteld uit restmateriaal.

Waterkrachtcentrales voor niet-industriële doeleinden

Waterkrachtcentrales zijn constructies die de energie van waterbeweging kunnen omzetten in elektriciteit. Alternatieve groene energieleveranciers tot nu toe worden ze alleen in het Westen actief uitgebuit. In ons land zet deze veelbelovende industrie nog maar haar eerste schuchtere stappen.

Kleine particuliere waterkrachtcentrales kunnen dammen zijn in grote rivieren, die tien tot enkele honderden megawatt genereren, of mini-waterkrachtcentrales met een maximaal vermogen van 100 kW, wat voldoende is voor de behoeften van een privéwoning. Laten we meer over dit laatste te weten komen.

Slingerstation met hydraulische vijzels

De structuur bestaat uit een ketting van rotoren die zijn bevestigd aan een flexibele staalkabel die over de rivier is gespannen. De kabel zelf speelt de rol van een rotatieas, waarvan het ene uiteinde op het steunlager is bevestigd en het andere de generatoras activeert.

Elke hydraulische rotor van de "slinger" kan ongeveer 2 kW aan energie genereren, maar de waterstroomsnelheid hiervoor moet minimaal 2,5 meter per seconde zijn en de diepte van het reservoir mag niet groter zijn dan 1,5 m.

Het werkingsprincipe van een slingerwaterkrachtcentrale is eenvoudig: de waterdruk draait de hydraulische schroeven, die de kabel draaien en de generator dwingen energie te produceren

Slingerstations werden halverwege de vorige eeuw met succes gebruikt, maar de rol van propellers werd toen gespeeld door zelfgemaakte propellers en zelfs blikjes. Tegenwoordig bieden fabrikanten verschillende soorten rotoren voor verschillende bedrijfsomstandigheden.

Ze zijn uitgerust met bladen van verschillende afmetingen, gemaakt van plaatstaal, en zorgen ervoor dat u maximale efficiëntie kunt halen uit de werking van het station.

Maar hoewel deze hydrogenerator vrij eenvoudig te vervaardigen is, vereist de werking ervan een aantal bijzondere omstandigheden die in de praktijk niet altijd haalbaar zijn. Dergelijke constructies blokkeren de rivierbedding en het is onwaarschijnlijk dat uw buren langs de oever, om nog maar te zwijgen van vertegenwoordigers van milieudiensten, u zullen toestaan ​​​​de energie van de stroom voor uw doeleinden te gebruiken.

Bovendien kan de installatie in de winter alleen worden gebruikt op niet-bevriezende reservoirs en kan deze in barre klimaten worden bewaard of gedemonteerd. Daarom worden slingerstations tijdelijk en voornamelijk in verlaten gebieden (bijvoorbeeld in de buurt van zomerweiden) gebouwd.

Rotatiestations met een capaciteit van 1 tot 15 kW/uur genereren tot 9,3 MW per maand en stellen u in staat zelfstandig het probleem van de elektrificatie op te lossen in regio’s die ver verwijderd zijn van centrale snelwegen

Een moderne analoog van een slingerinstallatie zijn onderdompelbare of drijvende framestations met dwarsrotoren. In tegenstelling tot hun slingervoorganger blokkeren deze constructies niet de hele rivier, maar gebruiken ze slechts een deel van de rivierbedding, en ze kunnen op een ponton/vlot worden geïnstalleerd of zelfs op de bodem van het reservoir worden neergelaten.

Verticale Daria-rotor

De Darrieus-rotor is een turbine-apparaat dat is vernoemd naar de uitvinder in 1931. Het systeem bestaat uit verschillende aerodynamische bladen die op radiale balken zijn bevestigd en werkt op drukverschil met behulp van het "lifting wing" -principe, dat veel wordt gebruikt in de scheepsbouw en de luchtvaart.

Hoewel dergelijke installaties vooral worden gebruikt om windgeneratoren te maken, kunnen ze ook met water werken. Maar in dit geval zijn nauwkeurige berekeningen nodig om de dikte en breedte van de bladen te selecteren in overeenstemming met de sterkte van de waterstroom.

De Daria-rotor lijkt op een ‘windmolen’, wordt alleen onder water geïnstalleerd en kan werken ongeacht seizoensschommelingen in de stroomsnelheid

Verticale rotoren worden zelden gebruikt om lokale waterkrachtcentrales te creëren. Ondanks de goede efficiëntie-indicatoren en de schijnbare eenvoud van het ontwerp, is de apparatuur behoorlijk complex in het gebruik.

Voordat u met de werkzaamheden begint, moet het systeem worden "opgedraaid", maar alleen het bevriezen van het reservoir kan het lopende station stoppen. Daarom wordt de Darrieus-rotor voornamelijk gebruikt in industriële ondernemingen.

Een interessante oplossing op het gebied van het ontwerpen van kleine waterkrachtcentrales met een verticaal werkende turbine werd voorgesteld door de Oostenrijkse uitvinder Franz Zotleterer:

Een belangrijk voordeel van whirlpoolstations wordt terecht beschouwd als het behoud van de visbestanden. De werking van een verticale turbine is niet schadelijk voor levende organismen in de rivier. Bovendien blijft modder niet achter op de wanden van constructies vanwege de specifieke beweging van de waterstroom.

Onderwater schroef

In feite is dit de eenvoudigste luchtwindmolen, alleen wordt hij onder water geïnstalleerd. Om een ​​maximale rotatiesnelheid en minimale weerstand te garanderen, worden de afmetingen van de bladen berekend afhankelijk van de kracht van de stroming.Als de huidige snelheid bijvoorbeeld niet hoger is dan 2 m/sec, moet de breedte van het blad binnen 2-3 cm liggen.

Een onderwaterpropeller is gemakkelijk met uw eigen handen te maken, maar is alleen geschikt voor diepe en snelle rivieren - in ondiep water kunnen roterende bladen verwondingen veroorzaken bij vissers, zwemmers, watervogels en dieren

Zo'n windmolen wordt "tegen" de stroming geïnstalleerd, maar de wieken werken niet door de druk van de waterdruk, maar door het opwekken van hefkracht (volgens het principe van een vliegtuigvleugel of een scheepsschroef).

Waterrad met bladen

Een waterrad is een van de eenvoudigste versies van een hydraulische motor, bekend sinds de tijd van het Romeinse rijk. De efficiëntie van de werking hangt grotendeels af van het type bron waarop deze is geïnstalleerd.

Het gietwiel kan alleen draaien dankzij de snelheid van de stroming, en het vulwiel kan alleen draaien met behulp van de druk en het gewicht van het water dat van bovenaf op de messen valt.

Afhankelijk van de diepte en bodem van de beekloop kunnen verschillende soorten wielen worden geïnstalleerd:

• Jus (of bodem) – geschikt voor ondiepe rivieren met snelle stroming.
• Middellange afstand – bevinden zich in kanalen met natuurlijke cascades zodat de stroming ongeveer in het midden van de roterende trommel valt.
• Vloeistof (of overhead) – worden geïnstalleerd onder een dam, pijp of op de bodem van een natuurlijke stroomversnelling, zodat het vallende water zijn weg over de bovenkant van het wiel vervolgt.

Maar het werkingsprincipe voor alle opties is hetzelfde: water valt op de bladen en drijft een wiel aan, waardoor de generator voor de mini-krachtcentrale gaat draaien.

Fabrikanten van hydraulische apparatuur bieden kant-en-klare turbines aan, waarvan de bladen speciaal zijn aangepast aan een bepaalde snelheid van de waterstroom.Maar thuisvakmensen maken trommelstructuren op de ouderwetse manier - van afvalmateriaal.

De volgende fotoselectie helpt u kennis te maken met de stappen van het bouwen van de eenvoudigste versie van een mini-waterkrachtcentrale:

Misschien zal het gebrek aan optimalisatie de efficiëntie-indicatoren beïnvloeden, maar de kosten van zelfgemaakte apparatuur zullen meerdere malen goedkoper zijn dan die van een gekochte analoog. Daarom is een waterrad de meest populaire optie voor het organiseren van uw eigen mini-waterkrachtcentrale.

Voorwaarden voor het installeren van een waterkrachtcentrale

Ondanks de verleidelijke prijs van de energie die door een waterkrachtgenerator wordt opgewekt, is het belangrijk om rekening te houden met de kenmerken van de waterbron waarvan u de hulpbronnen voor uw eigen behoeften wilt gebruiken.

Niet elke waterloop is immers geschikt voor de exploitatie van een mini-waterkrachtcentrale, vooral het hele jaar door, dus het kan geen kwaad om de mogelijkheid te hebben om verbinding te maken met een gecentraliseerde hoofdlijn.

Een paar voor- en nadelen

De belangrijkste voordelen van een individuele waterkrachtcentrale liggen voor de hand: goedkope apparatuur die goedkope elektriciteit opwekt en bovendien de natuur niet schaadt (in tegenstelling tot dammen die de stroming van een rivier blokkeren). Hoewel het systeem niet absoluut veilig te noemen is, kunnen de roterende elementen van de turbines toch verwondingen veroorzaken bij de bewoners van de onderwaterwereld en zelfs mensen.

Om ongelukken te voorkomen moet het waterkrachtstation worden omheind en als het systeem volledig door water verborgen is, moet er een waarschuwingsbord op de wal worden geplaatst

Voordelen van mini-waterkrachtcentrales:

1. In tegenstelling tot andere “gratis” energiebronnen (zonnepanelen, windgeneratoren) kunnen hydraulische systemen werken ongeacht het tijdstip van de dag en het weer. Het enige wat ze kan tegenhouden is het bevriezen van het reservoir.
2. Om een ​​hydrogenerator te installeren is het niet nodig om een ​​grote rivier te hebben - dezelfde waterwielen kunnen zelfs met succes worden gebruikt in kleine (maar snelle!) stromen.
3. De units stoten geen schadelijke stoffen uit, vervuilen het water niet en werken vrijwel geruisloos.
4. Om een ​​mini-waterkrachtcentrale met een vermogen tot 100 kW te installeren, hoeft u geen vergunningen aan te vragen (hoewel alles afhangt van de lokale autoriteiten en het type installatie).
5. Overtollige elektriciteit kan worden verkocht aan naburige huizen.

Wat de nadelen betreft, kan onvoldoende stroomsterkte een ernstig obstakel worden voor de productieve werking van de apparatuur. In dit geval zal het nodig zijn om hulpstructuren te bouwen, wat extra kosten met zich meebrengt.

Als de potentiële energie van een nabijgelegen rivier, gebaseerd op een geschatte berekening, niet voldoende is om elektriciteit op te wekken in een volume dat voldoende is voor praktisch gebruik, is het de moeite waard om aandacht te besteden aan methoden voor het bouwen van windgeneratoren. Een windmolen zal als een effectieve toevoeging dienen.

Het meten van de sterkte van de waterstroom

Het eerste dat u moet doen om na te denken over het type en de installatiemethode van het station, is het meten van de snelheid van de waterstroom bij uw favoriete bron.

De eenvoudigste manier is om een ​​licht voorwerp (bijvoorbeeld een tennisbal, een stuk schuimplastic of een visvlotter) op de stroomversnelling te laten zakken en een stopwatch te gebruiken om de tijd te meten die het nodig heeft om de afstand naar een bepaald oriëntatiepunt te zwemmen. . De standaardafstand voor het “zwemmen” is 10 meter.

Als het reservoir ver van het huis ligt, kunt u een omleidingskanaal of pijpleiding aanleggen en tegelijkertijd hoogteverschillen opvangen

Nu moet je de afgelegde afstand in meters delen door het aantal seconden - dit is de snelheid van de stroming.Maar als de resulterende waarde minder dan 1 m/sec bedraagt, zal het nodig zijn kunstmatige constructies op te richten om de stroming te versnellen als gevolg van hoogteverschillen.

Dit kan met behulp van een opvouwbare dam of een smalle afvoerbuis. Maar zonder een goede doorstroming zal het idee van een waterkrachtcentrale moeten worden opgegeven.

Productie van een waterkrachtcentrale op basis van een waterrad

Natuurlijk is het samenstellen en oprichten van een kolos die ontworpen is om een ​​onderneming of nederzetting van zelfs maar een dozijn huizen te dienen een idee uit het rijk van science fiction. Maar het is heel goed mogelijk om met uw eigen handen een mini-waterkrachtcentrale te bouwen om elektriciteit te besparen. Bovendien kunt u zowel kant-en-klare componenten als geïmproviseerde materialen gebruiken.

Daarom zullen we stap voor stap de vervaardiging van de eenvoudigste structuur overwegen: een waterrad.

Benodigde materialen en gereedschappen

Om met uw eigen handen een mini-waterkrachtcentrale te maken, moet u een lasmachine, een haakse slijper, een boormachine en een set hulpgereedschappen voorbereiden: een hamer, een schroevendraaier, een liniaal.

Materialen die je nodig hebt:

• Hoeken en plaatwerk met een dikte van minimaal 5 mm.
• PVC of gegalvaniseerde stalen buizen voor het maken van messen.
• Generator (u kunt een kant-en-klaar exemplaar gebruiken of het zelf maken, zoals in dit voorbeeld).
• Remschijven.
• As en lagers.
• Multiplex.
• Polystyreenhars voor het gieten van de rotor en stator.
• 15 mm koperdraad voor een zelfgemaakte generator.
• Neodymium magneten.

Houd er rekening mee dat de wielconstructie voortdurend in contact zal komen met water, dus metalen en houten elementen moeten worden geselecteerd met bescherming tegen vocht (of zorg voor impregnatie en schilder ze zelf). Idealiter kan multiplex worden vervangen door kunststof, maar houten onderdelen zijn gemakkelijker te verkrijgen en in de gewenste vorm te brengen.

Wielmontage en productie van mondstukken

De basis voor het wiel zelf kunnen twee stalen schijven met dezelfde diameter zijn (als het mogelijk is om de stalen trommel van de kabel te halen - geweldig, dit zal het montageproces enorm versnellen).

Maar als er geen metaal in de beschikbare materialen zit, kun je cirkels uit waterdicht multiplex snijden, hoewel de sterkte en levensduur van zelfs behandeld hout niet te vergelijken zijn met staal. Dan moet je een rond gat in een van de schijven snijden om de generator te installeren.

Hierna worden de messen gemaakt en zijn er minimaal 16 stuks nodig. Hiervoor worden gegalvaniseerde buizen in de lengte in twee of vier delen gesneden (afhankelijk van de diameter). Vervolgens moeten de snijgebieden en het oppervlak van de messen zelf worden gepolijst om energieverlies als gevolg van wrijving te verminderen.

De bladen zijn geïnstalleerd onder een hoek van ongeveer 40-45 graden - dit zal helpen het oppervlak te vergroten dat wordt beïnvloed door de stromingskracht

De afstand tussen de twee zijschijven moet zo dicht mogelijk bij de lengte van de messen liggen. Om de locatie voor toekomstige naven te markeren, wordt aanbevolen om een ​​sjabloon van multiplex te maken, dat de locatie voor elk onderdeel en het gat voor het bevestigen van het wiel aan de generator markeert. De afgewerkte markeringen kunnen aan de buitenkant van een van de schijven worden bevestigd.

Vervolgens worden de cirkels parallel aan elkaar gemonteerd met behulp van massieve draadstangen en worden de messen in de gewenste posities gelast of vastgeschroefd. De trommel draait op lagers en als ondersteuning wordt een frame gemaakt van hoeken of buizen met een kleine diameter gebruikt.

In dit stadium kan de montage van de trommel als voltooid worden beschouwd; het enige dat overblijft is om hem uit te rusten met een zelfgemaakte generator en een mondstuk dat de waterstroom richt

Het mondstuk is ontworpen voor waterbronnen van het cascadetype - met een dergelijke installatie kunt u de stromingsenergie maximaal gebruiken. Dit hulpelement wordt gemaakt door plaatstaal te buigen, vervolgens de naden te lassen en vervolgens op een buis te monteren.

Als uw gebied echter een vlakke rivier heeft zonder stroomversnellingen of andere obstakels op grote hoogte, is dit detail niet nodig.

Het is belangrijk dat de breedte van de mondstukuitlaat overeenkomt met de breedte van het wiel zelf, anders zal een deel van de stroom “stationair” gaan en de bladen niet bereiken

Nu moet het wiel op de as worden gemonteerd en op een steun van gelaste of vastgeschroefde hoeken worden gemonteerd. Het enige dat overblijft is een generator maken (of een kant-en-klare generator installeren) en je kunt naar de rivier gaan.

DIY-generator

Om een ​​zelfgemaakte generator te maken, moet je de stator opwinden en vullen, waarvoor je spoelen nodig hebt met elk 125 windingen koperdraad. Nadat ze met elkaar zijn verbonden, wordt de hele structuur gevuld met polyesterhars.

Elke fase bestaat uit drie in serie geschakelde strengen, zodat de verbinding in de vorm van een ster of driehoek kan worden gemaakt met meerdere externe kabels

Nu moet u een multiplexsjabloon maken die overeenkomt met de maat van de remschijf.

Op de houten ring worden markeringen aangebracht en sleuven gemaakt voor het plaatsen van magneten (in dit geval werden neodymiummagneten gebruikt van 1,3 cm dik, 2,5 cm breed en 5 cm lang). Vervolgens wordt de resulterende rotor ook gevuld met hars en na droging aan de wieltrommel bevestigd.

Waterrad met een rotor van remschijven en een generator van koperdraadspoelen - geverfd, presentabel en klaar voor gebruik

Het laatste wat u moet installeren is een aluminium behuizing met een ampèremeter die de gelijkrichters bedekt. De taak van deze elementen is om driefasige stroom om te zetten in gelijkstroom.

Na installatie van het wiel in de stroming van een kleine rivier met een cascade- of uitlaatpijp, kunt u rekenen op een prestatie van een mini-waterkrachtcentrale van 1,9A * 12V bij 110 tpm

Om te voorkomen dat bladeren, zand en ander vuil dat met de stroom wordt meegevoerd in het wiel terechtkomt, is het raadzaam een ​​beschermnet voor het apparaat te plaatsen.

Je kunt ook experimenteren met de openingen tussen de magneten en spoelen met een groter aantal windingen om de efficiëntie van het hydraulische station te vergroten.

Over alle soorten alternatieve energiebronnen U komt erachter door het artikel te lezen dat gewijd is aan de introductie van “groene technologieën” in het dagelijks leven.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Video #1. Een voorbeeld van een werkende hydraulische installatie met een zelfgemaakte generator op basis van een driefasenmotor:

Video #2. Mini-waterkrachtcentrale, ontworpen volgens het principe van een waterrad:

Video #3. Een station op basis van een fietswiel is een interessante optie om het probleem van de energievoorziening op vakantie ver van de bewoonde wereld op te lossen:

Zoals je kunt zien, is het bouwen van een waterminikrachtcentrale met je eigen handen niet zo moeilijk. Maar aangezien de meeste berekeningen en parameters voor de componenten ‘op het oog’ worden bepaald, moet u voorbereid zijn op mogelijke storingen en de bijbehorende kosten.

Als u een gebrek aan kennis en ervaring op dit gebied voelt, moet u vertrouwen op specialisten die alle noodzakelijke berekeningen zullen uitvoeren, de optimale apparatuur voor uw geval zullen aanbevelen en deze efficiënt zullen installeren.

Schrijf opmerkingen in het onderstaande blok. Deel interessante informatie en nuttige aanbevelingen, laat thematische foto's achter.Misschien wil je ons vertellen hoe je met je eigen handen een functionerende waterkrachtcentrale op een perceel in een buitenwijk hebt gebouwd? Wij lezen graag uw verhaal over het proces en de werking van het apparaat.