תחנת כוח הידרואלקטרית עשה זאת בעצמך: איך לבנות תחנת כוח מיני הידרואלקטרית אוטונומית

כוח זרימת המים הוא משאב טבעי מתחדש המאפשר לך להשיג חשמל כמעט בחינם.האנרגיה שתרם מהטבע תספק הזדמנות לחסוך בשירותים ולפתור את בעיית הטעינת הציוד.

אם יש נחל או נהר שעובר ליד הבית שלכם, כדאי לנצל אותו. הם יוכלו לספק חשמל לאתר ולבית. ואם אתה בונה תחנת כוח הידרואלקטרית במו ידיך, ההשפעה הכלכלית גדלה באופן משמעותי.

המאמר המוצג מתאר בפירוט את טכנולוגיות הייצור של מבנים הידראוליים פרטיים. דיברנו על מה שנדרש כדי להקים את המערכת ולחבר אותה לצרכנים. כאן תלמדו על כל האפשרויות לספקי אנרגיה מיניאטוריים המורכבים מחומרי גרוטאות.

תחנות כוח הידרואלקטריות למטרות לא תעשייתיות

תחנות כוח הידרואלקטריות הן מבנים שיכולים להמיר את האנרגיה של תנועת המים לחשמל. ספקי אנרגיה ירוקה אלטרנטיבית עד כה הם מנוצלים באופן פעיל רק במערב. בארצנו, התעשייה המבטיחה הזו רק עושה את צעדיה הביישניים הראשונים.

תחנות כוח הידרואלקטריות פרטיות קטנות יכולות להיות סכרים על נהרות גדולים, המייצרים בין עשר לכמה מאות מגה וואט, או תחנות כוח מיני הידרואלקטריות בעלות הספק מרבי של 100 קילוואט, וזה די מספיק לצרכי בית פרטי. בואו לגלות יותר על האחרון.

תחנת גרלנד עם ברגים הידראוליים

המבנה מורכב משרשרת של רוטורים המחוברים לכבל פלדה גמיש הנמתח על פני הנהר. הכבל עצמו ממלא את התפקיד של פיר סיבוב, שקצהו האחד קבוע על מיסב התמיכה, והשני מפעיל את פיר הגנרטור.

כל רוטור הידראולי של ה"זר" מסוגל לייצר כ-2 קילוואט אנרגיה, עם זאת, מהירות זרימת המים לכך חייבת להיות לפחות 2.5 מטר לשנייה, ועומק המאגר לא יעלה על 1.5 מטר.

עקרון הפעולה של תחנת כוח הידרואלקטרית גרלנד הוא פשוט: לחץ המים מסובב את הברגים ההידראוליים, המסובבים את הכבל ומאלצים את הגנרטור להפיק אנרגיה

תחנות גרלנד שימשו בהצלחה כבר באמצע המאה הקודמת, אבל את תפקיד המדחפים מילאו אז מדחפים תוצרת בית ואפילו קופסאות פח. כיום, היצרנים מציעים מספר סוגים של רוטורים לתנאי הפעלה שונים.

הם מצוידים בלהבים בגדלים שונים, עשויים מתכת, ומאפשרים להשיג יעילות מירבית מהפעלת התחנה.

אך למרות שההידרוגנרטור הזה די פשוט לייצור, פעולתו דורשת מספר תנאים מיוחדים שלא תמיד ניתנים לביצוע בחיים האמיתיים. מבנים כאלה חוסמים את אפיק הנהר, ואין זה סביר שהשכנים שלכם לאורך הגדה, שלא לדבר על נציגי שירותי הסביבה, יאפשרו לכם להשתמש באנרגיה של הנחל למטרות שלכם.

בנוסף, בחורף ניתן להשתמש במתקן רק על מאגרים שאינם מקפיאים, ובאקלים קשה ניתן לשמר או לפרק אותו. לכן, תחנות זר מוקמות באופן זמני ובעיקר באזורים נטושים (למשל, ליד שטחי מרעה של קיץ).

תחנות סיבוביות בהספק של 1 עד 15 קילוואט לשעה מייצרות עד 9.3 מגוואט לחודש ומאפשרות לך לפתור באופן עצמאי את בעיית החשמול באזורים המרוחקים מכבישים מהירים מרכזיים.

אנלוגי מודרני של מתקן זר הוא תחנות מסגרת צוללות או צפות עם רוטורים רוחביים. בניגוד לקודמו הזר, מבנים אלו אינם חוסמים את כל הנהר, אלא משתמשים רק בחלק מאפיק הנהר, וניתן להתקין אותם על פונטון/רפסודה או אפילו להוריד אותם לתחתית המאגר.

רוטור דריה אנכי

הרוטור של דאריאוס הוא התקן טורבינה שנקרא על שמו של ממציאו בשנת 1931. המערכת מורכבת ממספר להבים אווירודינמיים המקובעים על קורות רדיאליות ופועלת על ידי לחץ דיפרנציאלי תוך שימוש בעקרון "כנף הרמה", אשר נמצא בשימוש נרחב בבניית ספינות ובתעופה.

למרות שמתקנים כאלה משמשים בעיקר ליצירת גנרטורים רוח, הם יכולים לעבוד גם עם מים. אבל במקרה זה, יש צורך בחישובים מדויקים כדי לבחור את העובי והרוחב של הלהבים בהתאם לעוצמת זרימת המים.

הרוטור של דריה דומה ל"טחנת רוח", המותקן רק מתחת למים, והוא יכול לפעול ללא קשר לתנודות עונתיות במהירות הזרימה

רוטורים אנכיים משמשים לעתים רחוקות ליצירת תחנות כוח הידרואלקטריות מקומיות. למרות מחווני היעילות הטובים והפשטות הנראית לעין של התכנון, הציוד מורכב למדי לתפעול.

לפני תחילת העבודה, המערכת צריכה להיות "סובבת", אבל רק הקפאת המאגר יכולה לעצור את תחנת הריצה. לכן, הרוטור Darrieus משמש בעיקר במפעלים תעשייתיים.

פתרון מעניין בתחום תכנון תחנות כוח הידרואלקטריות קטנות עם טורבינה הפועלת אנכית הוצע על ידי הממציא האוסטרי פרנץ זוטלטרר:

יתרון משמעותי של תחנות ג'קוזי נחשב בצדק לשימור משאבי הדגים. פעולתה של טורבינה אנכית אינה פוגעת באורגניזמים חיים של הנהר. בנוסף, בוץ אינו מתעכב על קירות מבנים בשל התנועה הספציפית של זרימת המים.

מדחף בורג תת-מימי

למעשה, זוהי טחנת הרוח הפשוטה ביותר, רק שהיא מותקנת מתחת למים. מידות הלהבים, על מנת להבטיח מהירות סיבוב מקסימלית והתנגדות מינימלית, מחושבים בהתאם לכוח הזרימה.לדוגמה, אם המהירות הנוכחית אינה עולה על 2 מ' לשנייה, רוחב הלהב צריך להיות בטווח של 2-3 ס"מ.

מדחף תת-מימי קל להכנה במו ידיכם, אך הוא מתאים רק לנהרות עמוקים ומהירים - בגוף מים רדוד, להבים מסתובבים עלולים לגרום לפציעה של דייגים, שחיינים, עופות מים ובעלי חיים

טחנת רוח כזו מותקנת "לכיוון" הזרימה, אך להביה פועלים לא בשל לחץ לחץ המים, אלא בשל יצירת כוח הרמה (על עיקרון של כנף מטוס או מדחף של ספינה).

גלגל מים עם להבים

גלגל מים הוא אחת הגרסאות הפשוטות ביותר של מנוע הידראולי, הידוע עוד מימי האימפריה הרומית. יעילות פעולתו תלויה במידה רבה בסוג המקור עליו הוא מותקן.

גלגל המזיגה יכול להסתובב רק בגלל מהירות הזרימה, וגלגל המילוי יכול להסתובב רק בעזרת הלחץ והמשקל של המים הנופלים מלמעלה על הלהבים

בהתאם לעומק ומצע של מסלול המים, ניתן להתקין סוגים שונים של גלגלים:

• רוטב (או תחתית) – מתאים לנהרות רדודים עם זרמים מהירים.
• טווח בינוני - ממוקמים בתעלות עם מפלים טבעיים כך שהזרימה נופלת בערך באמצע התוף המסתובב.
• נוזל (או תקורה) – מותקנים מתחת לסכר, צינור או בתחתית מפל טבעי כך שהמים הנופלים ממשיכים את דרכם מעל לראש הגלגל.

אבל עקרון הפעולה של כל האפשרויות זהה: מים נופלים על הלהבים ומניעים גלגל, מה שגורם לגנרטור לתחנת הכוח המיני להסתובב.

יצרני ציוד הידראולי מציעים טורבינות מוכנות, שהלהבים שלהן מותאמים במיוחד למהירות מסוימת של זרימת מים.אבל בעלי מלאכה לבית מייצרים מבני תופים בדרך הישנה - מחומרי גרוטאות.

בחירת התמונות הבאה תעזור לכם להכיר את השלבים של בניית הגרסה הפשוטה ביותר של תחנת כוח הידרואלקטרית מינית:

אולי חוסר האופטימיזציה ישפיע על אינדיקטורים של יעילות, אבל העלות של ציוד תוצרת בית תהיה זולה פי כמה מאשר אנלוגי שנרכש. לכן, גלגל מים הוא האפשרות הפופולרית ביותר לארגון תחנת כוח מיני-הידרואלקטרית משלך.

תנאים להתקנת תחנת כוח הידרואלקטרית

למרות הזולות המפתה של האנרגיה המופקת מגנרטור הידרו, חשוב לקחת בחשבון את המאפיינים של מקור המים שאת משאביו אתם מתכננים להשתמש לצרכיכם.

הרי לא כל נחל מתאים להפעלת תחנת כוח מיני הידרואלקטרית, במיוחד בכל ימות השנה, ולכן לא מזיק שיש במילואים אפשרות להתחבר לקו מרכזי מרכזי.

כמה יתרונות וחסרונות

היתרונות העיקריים של תחנת כוח הידרואלקטרית בודדת ברורים: ציוד זול שמייצר חשמל זול, וגם לא פוגע בטבע (בניגוד לסכרים שחוסמים את זרימת הנהר). למרות שלא ניתן לכנות את המערכת בטוחה לחלוטין, האלמנטים המסתובבים של הטורבינות עדיין עלולים לגרום לפציעות לתושבי העולם התת-ימי ואפילו לאנשים.

למניעת תאונות יש לגדר את התחנה ההידרואלקטרית ובמידה והמערכת מוסתרת לחלוטין במים יש להתקין שלט אזהרה על החוף

היתרונות של תחנות כוח מיני הידרואלקטריות:

1. בניגוד למקורות אנרגיה "חינם" אחרים (פאנלים סולאריים, גנרטורים רוח), מערכות הידראוליות יכולות לפעול ללא קשר לשעה ביום ומזג האוויר. הדבר היחיד שיכול לעצור אותם הוא הקפאת המאגר.
2. כדי להתקין הידרוגנרטור, אין צורך בנהר גדול - ניתן להשתמש באותם גלגלי מים בהצלחה גם בנחלים קטנים (אך מהירים!).
3. היחידות אינן פולטות חומרים מזיקים, אינן מזהמות מים ופועלות כמעט בשקט.
4. כדי להתקין תחנת כוח מיני הידרואלקטרית בהספק של עד 100 קילוואט, אין צורך בקבלת אישורים (אם כי הכל תלוי ברשויות המקומיות ובסוג ההתקנה).
5. ניתן למכור עודפי חשמל לבתים סמוכים.

באשר לחסרונות, חוזק זרם לא מספיק יכול להפוך למכשול רציני לפעולה היצרנית של הציוד. במקרה זה, יהיה צורך לבנות מבני עזר, הכרוך בעלויות נוספות.

אם האנרגיה הפוטנציאלית של נהר סמוך, בהתבסס על חישוב משוער, אינה מספיקה להפקת חשמל בנפח מספיק לשימוש מעשי, כדאי לשים לב. שיטות לבניית גנרטורים רוח. טחנת רוח תשמש כתוספת יעילה.

מדידת עוצמת זרימת המים

הדבר הראשון שאתה צריך לעשות כדי לחשוב על סוג ושיטת ההתקנה של התחנה הוא למדוד את מהירות זרימת המים במקור האהוב עליך.

הדרך הקלה ביותר היא להוריד כל חפץ קל (לדוגמה, כדור טניס, חתיכת פלסטיק קצף או מצוף דיג) אל המפלים ולהשתמש בשעון עצר כדי למדוד את הזמן שלוקח לו לשחות את המרחק לנקודת ציון כלשהי. . המרחק הסטנדרטי ל"שחייה" הוא 10 מטר.

אם המאגר ממוקם רחוק מהבית, ניתן לבנות תעלת הטיה או צינור, ובמקביל לדאוג להפרשי גבהים

עכשיו אתה צריך לחלק את המרחק שעבר במטרים במספר השניות - זו תהיה מהירות הזרם.אבל אם הערך המתקבל הוא פחות מ-1 מ' לשנייה, יהיה צורך להקים מבנים מלאכותיים כדי להאיץ את הזרימה עקב שינויי גובה.

ניתן לעשות זאת בעזרת סכר מתקפל או צינור ניקוז צר. אבל ללא זרימה טובה, יהיה צורך לנטוש את הרעיון של תחנה הידרואלקטרית.

ייצור תחנת כוח הידרואלקטרית על בסיס גלגל מים

כמובן שהרכבה והקמה של קולוסוס שנועד לשרת מפעל או יישוב של אפילו תריסר בתים הוא רעיון מתחום המדע הבדיוני. אבל בניית תחנת כוח מיני-הידרואלקטרית במו ידיך כדי לחסוך בחשמל היא בהחלט אפשרית. יתר על כן, אתה יכול להשתמש גם ברכיבים מוכנים וגם בחומרים מאולתרים.

לכן, נשקול צעד אחר צעד את הייצור של המבנה הפשוט ביותר - גלגל מים.

חומרים וכלים נדרשים

כדי ליצור תחנת כוח מיני-הידרואלקטרית במו ידיך, אתה צריך להכין מכונת ריתוך, מטחנת זווית, מקדחה וסט כלי עזר - פטיש, מברג, סרגל.

חומרים שתצטרכו:

• פינות ופח בעובי של 5 מ"מ לפחות.
• צינורות PVC או פלדה מגולוונת לייצור להבים.
• גנרטור (אתה יכול להשתמש באחד מוכן או להכין אותו בעצמך, כמו בדוגמה זו).
• דיסקים בלמים.
• פיר ומסבים.
• דִיקְט.
• שרף פוליסטירן ליציקת הרוטור והסטטור.
• חוט נחושת 15 מ"מ לגנרטור ביתי.
• מגנטים ניאודימיום.

שימו לב שמבנה הגלגל יהיה כל הזמן במגע עם מים, ולכן יש לבחור אלמנטים ממתכת ועץ עם הגנה מפני רטיבות (או לדאוג להספגה ולצביעתם בעצמכם). באופן אידיאלי, ניתן להחליף דיקט בפלסטיק, אך קל יותר להשיג חלקי עץ ולעצב אותם לצורה הרצויה.

הרכבת גלגלים וייצור פיות

הבסיס לגלגל עצמו יכול להיות שתי דיסקות פלדה באותו קוטר (אם אפשר לקבל את תוף הפלדה מהכבל - מעולה, זה יאיץ מאוד את תהליך ההרכבה).

אבל אם מתכת לא נמצאת בחומרים שבהישג יד, אתה יכול לחתוך עיגולים מדיקט עמיד למים, אם כי לא ניתן להשוות את החוזק ואת חיי השירות של עץ מטופל לפלדה. אז אתה צריך לחתוך חור עגול על אחד הדיסקים להתקנת הגנרטור.

לאחר מכן, הלהבים מיוצרים, ויהיה צורך ב-16 חתיכות לפחות. לשם כך, צינורות מגולוונים נחתכים לאורכם לשניים או ארבעה חלקים (בהתאם לקוטר). לאחר מכן יש ללטש את אזורי החיתוך ואת פני הלהבים עצמם כדי להפחית את אובדן האנרגיה כתוצאה מחיכוך.

הלהבים מותקנים בזווית של כ 40-45 מעלות - זה יעזור להגדיל את שטח הפנים שיושפע מכוח הזרימה

המרחק בין שני הדיסקים הצדדיים צריך להיות קרוב ככל האפשר לאורך הלהבים. לסימון המיקום לרכזות עתידיות, מומלץ להכין תבנית מדיקט, שתסמן את המיקום לכל חלק ואת החור לקיבוע הגלגל לגנרטור. את הסימונים המוגמרים ניתן לחבר בחלק החיצוני של אחד הדיסקים.

לאחר מכן המעגלים מותקנים במקביל זה לזה באמצעות מוטות הברגה מוצקים, והלהבים מרותכים או מוברגים במיקומים הרצויים. התוף יסתובב על מיסבים, ומסגרת עשויה זוויות או צינורות בקוטר קטן משמשת כתמיכה.

בשלב זה, הרכבה של התוף יכולה להיחשב כמושלמה, כל שנותר הוא לצייד אותו בגנרטור תוצרת בית ובזרבובית המכוונת את זרימת המים

הזרבובית מיועדת למקורות מים מסוג מפל - התקנה כזו תאפשר לך להשתמש באנרגיית הזרימה למקסימום. אלמנט עזר זה נעשה על ידי כיפוף מתכת גיליון, ואחריו ריתוך התפרים, ולאחר מכן מותקן על צינור.

עם זאת, אם באזור שלך יש נהר שטוח ללא מפלים או מכשולים אחרים בגובה רב, פרט זה אינו הכרחי.

חשוב שרוחב יציאת הזרבובית יתאים לרוחב הגלגל עצמו, אחרת חלק מהזרימה יעבור "לבטלה" ולא יגיע ללהבים

כעת צריך להרכיב את הגלגל על ​​הציר ולהרכיב אותו על תומך עשוי פינות מרותכות או מוברגות. כל מה שנותר הוא להכין גנרטור (או להתקין אחד מוכן) ותוכלו ללכת לנהר.

מחולל עשה זאת בעצמך

כדי ליצור גנרטור תוצרת בית, אתה צריך לסלול ולמלא את הסטטור, שעבורו תצטרך סלילים עם 125 סיבובים של חוט נחושת על כל אחד. לאחר חיבורם, המבנה כולו מלא בשרף פוליאסטר.

כל פאזה מורכבת משלושה שרידים המחוברים בסדרה, כך שניתן ליצור את החיבור בצורת כוכב או משולש עם מספר מובילים חיצוניים

כעת עליכם להכין תבנית דיקט התואמת לגודל דיסק הבלם.

על טבעת העץ נעשים סימונים וחריצים להתקנת מגנטים (במקרה זה נעשה שימוש במגנטים ניאודימיום בעובי 1.3 ס"מ, רוחב 2.5 ס"מ ואורך 5 ס"מ). אז הרוטור שנוצר גם מלא בשרף, ולאחר הייבוש, הוא מחובר לתוף הגלגל.

גלגל מים עם רוטור עשוי דיסקיות בלם וגנרטור עשוי סלילי חוטי נחושת - צבוע, ייצוגי ומוכן לשימוש

הדבר האחרון להתקנה הוא מעטפת אלומיניום עם מד זרם המכסה את המיישרים. המשימה של אלמנטים אלה היא להמיר זרם תלת פאזי לזרם ישר.

לאחר התקנת הגלגל בזרימה של נהר קטן עם מפל או צינור יציאה, אתה יכול לסמוך על ביצועי תחנת כוח מיני-הידרואלקטרית של 1.9A * 12V ב-110 סל"ד

כדי למנוע עלים, חול ושאר פסולת שהובאו עם הזרימה להיכנס לגלגל, רצוי להציב רשת מגן מול המכשיר.

ניתן גם להתנסות במרווחים בין המגנטים והסלילים במספר סיבובים מוגדל כדי להגביר את היעילות של התחנה ההידראולית.

על כל הסוגים מקורות אנרגיה חלופיים תוכלו לגלות זאת על ידי קריאת המאמר המוקדש להחדרת "טכנולוגיות ירוקות" לחיי היומיום.

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

סרטון מס' 1. דוגמה להתקנה הידראולית עובדת עם גנרטור תוצרת בית המבוסס על מנוע תלת פאזי:

סרטון מס' 2. תחנת כוח מיני-הידרואלקטרית, שתוכננה על פי העיקרון של גלגל מים:

סרטון מס' 3. תחנה המבוססת על גלגל אופניים היא אפשרות מעניינת לפתרון בעיית אספקת האנרגיה בחופשה הרחק מהציוויליזציה:

כפי שאתה יכול לראות, בניית מיני תחנת כוח מים במו ידיך אינה כל כך קשה. אך מכיוון שרוב החישובים והפרמטרים למרכיביו נקבעים "לפי העין", עליך להיות מוכן לתקלות אפשריות ולעלויות הנלוות.

אם אתה מרגיש חוסר ידע וניסיון בתחום זה, עליך לסמוך על מומחים שיבצעו את כל החישובים הנדרשים, ימליצו על הציוד האופטימלי עבור המקרה שלך ויתקינו אותו ביעילות.

נא לכתוב הערות בבלוק למטה. שתף מידע מעניין והמלצות שימושיות, השאר תמונות נושאיות.אולי אתה רוצה לספר לנו איך בנית במו ידיך תחנת כוח הידרואלקטרית מתפקדת על מגרש פרברי? נשמח לקרוא את הסיפור שלך על תהליך ותפעול המכשיר.