Водноелектрически централи със собствените си ръце: как да изградим автономна мини-водноелектрическа централа

Условия за инсталиране на водноелектрическа централа

Въпреки примамливата евтиния на водната енергия е важно да се вземат предвид характеристиките на водния източник, чиито ресурси планирате да използвате за собствените си нужди. В края на краищата, не всеки поток е подходящ за експлоатация на мини-хидросъоръжение, да не говорим за целогодишно, така че не е зле да имате в резерв възможността за свързване към централизираната магистрала.

Не всяко водно течение ще бъде подходящо за експлоатация на мини ВЕЦ, още повече през цялата година, така че няма да е лошо да има възможност за свързване към централизирана мрежа.

Някои плюсове и минуси

Основните предимства на една индивидуална водноелектрическа централа са очевидни: евтино оборудване, което произвежда евтина електроенергия и все пак не вреди на природата (за разлика от язовирите, които блокират течението на реката). Системата обаче не е напълно безопасна - въртящите се елементи на турбините все още могат да наранят подводните обитатели и дори хората.

За да се предотвратят инциденти, водноелектрическата централа трябва да бъде оградена или, ако системата е напълно скрита от водата, на брега трябва да се постави предупредителен знак.

Предимства на мини-хидроенергийна централа:

1. За разлика от други "безплатни" източници на енергия (слънчеви панели, вятърни турбини), хидросистемите могат да работят независимо от времето на деня или метеорологичните условия. Единственото, което може да им попречи, е замръзването на резервоара.
2. За хидрогенератор не е необходима голяма река - същите водни колела могат да се използват успешно дори в малки (но бързи!) потоци.
3. Инсталациите не отделят замърсители, не замърсяват водата и са почти безшумни.
4. Не са необходими разрешителни за инсталиране на миниводни електроцентрали с мощност до 100 kW (въпреки че това зависи от местните власти и вида на централата).
5. Излишната електроенергия може да се продава на съседните къщи.

Що се отнася до недостатъците, неподходящите дебити могат да бъдат сериозна пречка за продуктивната работа на оборудването. В този случай ще трябва да се изградят спомагателни конструкции, което ще доведе до допълнителни разходи.

Ако потенциалната енергия на близката река не е достатъчна за генериране на достатъчно електроенергия за практически цели, си струва да се обмислят начини за изграждане на вятърни турбини. Ефективно допълнение към вятърната турбина

Измерване на водния поток

Първото нещо, което трябва да се вземе предвид при вземането на решение за вида и метода на инсталиране, е да се измери водният поток в желания източник.

Най-лесният начин е да пуснете лек предмет (например топка за тенис, парче стиропор или рибарска плувка) в бързея и да измерите с хронометър времето, за което той изминава разстоянието до референтна точка. Стандартното разстояние за "плуване" е 10 метра.

Ако водоемът е малко по-далеч от къщата, можете да изградите канал или тръба и да се погрижите за разликите във височината.

Сега разделете изминатото разстояние в метри на броя на секундите - това ще бъде текущата скорост. Но ако това е по-малко от 1 м/сек, ще трябва да се създадат изкуствени структури, които да ускорят потока, използвайки градиентите.

Това е възможно с помощта на сгъваем язовир или изпускателна тръба с малък дебит. Но без добър дебит идеята за водноелектрическа централа ще трябва да бъде изоставена.

Мини водноелектрическа централа със собствените си ръце

Изграждането на водноелектрическа централа е доста сложно, така че можете да си построите само малка централа, която ще спести електроенергия или ще осигури енергия на скромно домакинство. По-долу са дадени два примера за изграждане на домашна водноелектрическа централа.

Как да си направим мини водноелектрическа централа от велосипед

Този HPP е идеален за велосипедни пътувания. Той е компактен и лек, но може да захранва малък лагер, разположен на брега на поток или река. Електричеството е достатъчно за вечерно осветление и зареждане на мобилни устройства.

За да настроите станцията, ще ви е необходимо:

• Предно колело от велосипед.
• Генератор, който се използва за захранване на велосипедни фенери.
• Домашно приготвени остриета. Те трябва да са предварително изрязани от алуминиева ламарина. Широчината на лопатките трябва да е от два до четири сантиметра, а дължината - от главината на колелото до джантата му. Може да има произволен брой остриета, които трябва да са разположени на еднакво разстояние едно от друго.

За да се пусне такава станция, е достатъчно колелото да се потопи във вода. Дълбочината на потапяне се определя експериментално, около една трета до половината от колелото.

Как да изградим мини водноелектрическа централа на базата на водно колело

За да изградите по-мощна станция за постоянна употреба, ще са ви необходими по-здрави материали. Най-добрият избор са металните и пластмасовите елементи, които по-лесно се предпазват от въздействието на водата. Но дървените части също са подходящи, ако са импрегнирани със специален разтвор и боядисани с водоустойчива боя.

За станцията са необходими следните елементи:

• Барабан със стоманено въже (диаметър 2,2 метра). От него се изработва роторът на колелото. За целта се нарязва на парчета и се заварява наново на разстояние 30 см. Остриетата (18 бр.) са изработени от остатъците на барабана. Те са заварени към радиуса под ъгъл от 45 градуса. За да се поддържа цялата конструкция, се изработва рамка от ъгли или тръби. Колелото се върти на лагери.
• На колелото се монтира верижен редуктор (предавателното отношение трябва да е четири). За да се сближат по-лесно осите на задвижването и алтернатора и да се намалят вибрациите, въртенето се предава чрез кардан от стар автомобил.
• За алтернатора е подходящ асинхронен двигател. Към нея трябва да се добави още една скоростна кутия с предавателно число около 40. Тогава за трифазен генератор с 3000 оборота в секунда при общ коефициент на редукция 160 броят на оборотите ще спадне до 20 оборота в минута.
• Поставете всички електроуреди във водонепроницаем съд.

Описаните суровини могат лесно да се намерят на сметището или от познати. Можете да платите на специалист, който да отреже стоманения барабан с ножица за рязане на болтове и да го завари (или можете да го направите сами). В крайна сметка една водноелектрическа централа с мощност до 5 kW ще струва незначителна сума пари.

Получаването на електричество от вода не е толкова трудно. По-трудно е да се изгради автономна система за електроснабдяване на базата на домашна водноелектрическа централа, да се поддържа централата в работно състояние и да се гарантира безопасността на хората и животните около нея.

Приложения и ползи

Алтернатива на използването на петролна станция е използването на компресорно устройство. Въпреки това, когато сравняваме тези видове инсталации, хидравличните силови агрегати имат редица предимства.

1. Поради по-малкия им размер разходите за транспортиране, монтаж и експлоатация са значително по-малки.
2. Хидравличните силови агрегати използват много по-малко енергия, което намалява и финансовите разходи.
3. В сравнение с компресорното оборудване хидравличните агрегати са по-продуктивни и ефективни.
4. Тяхната универсалност ги прави подходящи за използване в широк спектър от машини и мощности.
5. В сравнение с компресорното оборудване нефтените станции излъчват много по-малко шум по време на работа.
6. Лесната употреба и поддръжка правят излишно наемането на специално обучен, висококвалифициран персонал за работа с това оборудване.

Помпена станция като част от хидравличен огъвач на тръби

Хидравличните агрегати естествено се използват за оборудване на машини с хидравлично задвижване. Всъщност такива устройства могат да се използват за захранване на почти всяка машина. Ето защо хидравличните агрегати се използват успешно в много области. Техническите характеристики и гъвкавостта на тези устройства ги правят подходящи за:

• хидравлични инструменти от статичен тип;
• електроинсталационно оборудване;
• хидравлични инструменти от динамичен тип;
• железопътно и строително оборудване;
• помпи и шламови помпи;
• сондажно оборудване;
• машини за леене под налягане;
• Оборудване за пресоване;
• оборудване за повдигане и пренасяне на големи и тежки товари;
• оборудване за стендове за изпитване;
• технологично оборудване за различни цели.

Маслена станция за стругове

С помощта на маслено-смазочни станции от хидравличен тип може да се изпомпва и почиства масло, както и да се смазват и охлаждат работните елементи на различно оборудване. Маслените електростанции се използват широко в случаите, когато е необходимо да се тестват тръбопроводни системи, хидравлично оборудване, хидравлични цилиндри и различно оборудване.

Що се отнася до сферите на дейност, в които се използват най-активно хидравличните станции, те са

• инженеринг;
• металургия;
• енергетиката;
• конструкция;
• земеделие;
• Транспорт.

В търсене на подходящата вода

Наскоро гледах кратко видео, в което се показваше как в едно обикновено индийско село ученици от западен колеж решават да направят малка водноелектрическа централа. В това село няма електричество, младите хора бягат в градовете, но какво ще стане, ако дадете светлина на селяните? В селото няма река като такава, но има воден басейн. Точно над нивото на селото се намира естествена купа с голямо количество вода. Какво измислиха учениците?

Бяха си наумили, че ако няма поток от природата, той може да бъде създаден! С помощта на наемни работници е сглобена дълга покрита тръба с диаметър един метър, единият край на която е затворен в резервоара, а другият, долу, се влива в малката и бавно течаща река. Разликата в надморската височина кара водата от резервоара да се стича по тръбата, като се ускорява все повече и повече, и на изхода вече се образува доста мощен поток, който се опира в лопатките на мини ВЕЦ-а. Тръбата, която затваря водата на резервоара, се спуска по склона на хълма толкова живописно, че изглежда така, сякаш огромен питон бавно пълзи надолу отгоре и ужасява местните жители с размерите си. Искате да го докоснете, да го почувствате, да усетите силата му.

Ако нещо подобно е създадено в индийско село, защо да не го опитаме и в руско? Ако наблизо няма бързо течаща река, но има воден басейн, можете да построите мини водноелектрическа централа и тук. Достатъчно е да се вгледате в терена, но едно е ясно: водоемът - независимо дали е естествен или изкуствен - трябва да бъде разположен по-високо от мястото, където ще бъде инсталирана водноелектрическата централа. Ако разликата в надморската височина е значителна - още по-добре! Водният поток ще бъде по-силен отгоре надолу, което ще увеличи възможния капацитет на произвежданата електроенергия.

Не е необходимо да купувате скъпи тръби, за да създадете изкуствено водно течение. Можете да направите корито със собствените си ръце и да оставите водата от езерото да се стича в коритото за момента. Като начало е добре да вземете всички налични средства, стари тръби, макар и с малък диаметър досега, и да изградите пробен вариант за източване на водата от горното езеро. По този начин може да се измери дебитът (вече писах как да го направя по-рано). Ако наблизо има бързо течаща река, не е необходимо да се строят язовири или водостоци и да се създава изкуствен воден поток. На такива места без проблем могат да се монтират мини ВЕЦ под формата на улеи, витло, ротор на Дардие или водно колело.

Важно е да се защити структурата. Как? Пред мини водноелектрическата централа трябва да се монтира защитен екран или дифузьор, така че плаващите по реката отпадъци или дори цели трупи, както и жива и мъртва риба и всякакви отпадъци да не попадат върху лопатките на турбината и да се носят покрай нея.

Водноелектрическа централа Garland

Този тип мини водноелектрическа централа представлява въже, опънато върху легло и закрепено в опорен лагер. Турбините с малки размери и тегло (хидровитлови двигатели) са окачени и неподвижно прикрепени към него под формата на гирлянд. Те се състоят от два полуцилиндъра. При спускане във водата осите се подравняват, като в тях се създава въртящ момент. Това кара въжето да се огъне, да се разтегне и да започне да се върти. В този случай въжето може да се сравни с вал, който служи за предаване на енергия. Единият край на въжето е свързан с редуктора. Тук се предава енергията от въртенето на въжето и хидромоторите.

Възможно е да се увеличи мощността на станцията чрез няколко "вериги". Те могат да бъдат свързани помежду си. Дори това не води до значително повишаване на ефективността на дадена водноелектрическа централа. Това е един от недостатъците на подобна конструкция.

Друг недостатък на този тип е опасността, която той представлява за околните. Този тип станции могат да се използват само в зони без надзор. Предупредителните знаци са задължителни.

Компоненти на мини водноелектрическа централа

• Хидравлична турбина с лопатки, свързана с генератора
• Генератор. Използва се за генериране на променлив ток. Прикрепен към вала на турбината. Параметрите на генерирания ток са относително нестабилни, но не приличат на скоковете на мощността при вятърното производство;
• Блокът за управление на хидротурбината осигурява пускането и спирането на хидроагрегата, автоматичната синхронизация на генератора при свързване към електроенергийната система, управлението на режимите на работа на хидроагрегата, аварийното спиране.
• Баластният блок, предназначен да разсейва енергията, която в момента не се използва от потребителя, предотвратява повреда на генератора и на системата за управление и наблюдение.
• Контролер/стабилизатор на заряда: предназначен за управление на зареждането на батерията, контрол на въртенето на лопатките и преобразуване на напрежението.
• Акумулаторна батерия: капацитет за съхранение, чийто размер определя продължителността на автономната работа на захранваното от нея съоръжение.
• Инвертор: В много системи за производство на електроенергия се използват инверторни системи. С акумулаторна батерия и контролер на заряда водните системи не се различават много от другите системи, използващи възобновяеми енергийни източници.

Mini hydro

В средата на миналия век британският изобретател Алвин Смит предлага оригинален проект за малка водноелектрическа централа, задвижвана от вълни. Заводът се основава на два поплавъка, които могат да се движат един спрямо друг. Горният се люлее от вълните, а долният е свързан с морското дъно с верига и котва. Височината на горния поплавък се регулира автоматично в зависимост от морското равнище, което постоянно се променя в резултат на приливите и отливите, с помощта на телескопична тръба, която се разтяга и сгъва под действието на Архимедовите сили и гравитацията. Между поплавъците е разположена "помпена станция" (цилиндър с бутало с двойно действие, което изпомпва вода, докато се движи нагоре-надолу). Той изпомпва вода към земята, към планините. В планината се изгражда басейн, в който водата се съхранява и се изпуска обратно в морето в пиковите часове, като по пътя си върти водна турбина.

Инсталацията може да издига морска вода на височина до 200 метра и да генерира 0,25 MW.

* * *

Природните условия в Русия са много благоприятни за развитието на малки водноелектрически централи, а при сегашната наличност на информация и всевъзможни материали майсторите могат дори да направят със собствените си ръце малка водноелектрическа централа, стига да има подходяща река или поток. Ето защо малките водноелектрически централи, като алтернативни източници на енергия, имат всички шансове отново да получат широко разпространение в нашата страна.

Типична схема на водноелектрическа централа

1. Резервоар
2. Помпа
3. Филтър под налягане
4. Смукателен филтър
5. Дренажен филтър
6. Предпазен клапан
7. Насочващ вентил

Хидравличен резервоар

Хидравличният резервоар се използва за съхраняване на циркулиращата в хидравличната система хидравлична течност, както и за нейното обезвъздушаване и охлаждане. При проектирането на резервоара трябва да се осигурят нормални условия на засмукване и обезвъздушаване на хидравличната течност. Размерите и формата на резервоара са тясно свързани с температурния режим на хидравличното задвижване, тъй като част от топлинната енергия, отделяна при работата на хидравличната система, се предава през стените на резервоара към околната среда. По време на производството всички резервоари се подлагат на задължителни тестове за херметичност и последващо боядисване, като се използват специални технологии и материали, устойчиви на горещо масло. За проверка на нивото на течността в хидравличния резервоар е наличен визуален индикатор за нивото. Течността се източва чрез дренаж или кран, разположен на дъното на хидравличния резервоар. Разработихме различни дизайни и размери на хидравлични резервоари, които можете да намерите в раздела с каталога.

Помпа

Хидравличните помпи са силови елементи на хидравличното задвижване, които преобразуват механичната енергия на въртене на задвижващия вал в хидравлична енергия на потока работна течност, подавана по тръбопроводи към хидравличните двигатели. Най-разпространеният тип помпен агрегат за повишаване на налягането на хидравличната течност в системата е базиран на зъбна помпа. Работно налягане от 2 до 310 бара и производителност от 0,5 до 100 литра/мин (стандартен диапазон) и над 100 литра/мин до 5000 литра/мин. (предлага се при поискване). Такива решения се използват широко в мобилни и индустриални приложения. Следващият тип помпен агрегат е с ламелни помпи. Този тип помпи осигуряват по-равномерна доставка в сравнение със зъбните помпи и по-голям капацитет. Диапазонът на работното налягане е малко по-нисък и рядко надхвърля 160 bar (вносната индустрия произвежда помпи за 210 bar и повече). Помпите могат да се произвеждат като едно- или двупоточни, с фиксиран или регулируем капацитет, както и с проходни валове за монтиране на допълнителна помпа, напр. зъбна помпа. Този тип помпи се използват често в производството на металорежещи машини и хидравлични задвижвания за широк спектър от приложения. Помпените агрегати с аксиално-бутални помпи се характеризират с компактна конструкция и произтичащото от това минимално тегло. Поради използването на малки радиални размери и съответно сравнително нисък инерционен момент, при тези машини е възможно бързо регулиране на скоростта. Освен това предимствата на аксиално-буталните помпи включват възможности за високо налягане (до 400 bar) и висока ефективност (до 95%). Недостатъците са високата цена, сложността и високата пулсация при доставка. Аксиално-буталните помпи намират най-широко приложение в хидравличните задвижвания на машини, работещи при средни и тежки външни натоварвания с висока честота на превключване. Устройствата могат да бъдат изградени с 2-3 помпи в една линия, задвижвани от един електрически двигател, като по този начин се намаляват размерите на системата и се създават различни комбинации от производителност и налягане за широк спектър от приложения.

Предимства и недостатъци на микрохидроенергията

Предимствата на мини ВЕЦ за дома включват:

• Екологичност на оборудването (с уговорки за малките риби) и липса на необходимост от наводняване на големи площи с огромни материални щети;
• Екологична чистота на произведената енергия. Няма въздействие върху свойствата и качеството на водата. Водните резервоари могат да се използват както за риболовни дейности, така и като източник на вода за домакинствата;
• Ниска цена на произведената електроенергия, която е многократно по-евтина от тази, произведена от ТЕЦ;
• Простотата и надеждността на използваното оборудване, както и възможността за работа в автономен режим (както във, така и извън електрозахранващата мрежа). Електрическият ток, който генерират, отговаря на изискванията на GOST за честота и напрежение;
• Пълният експлоатационен живот на инсталацията е най-малко 40 години (най-малко 5 години преди основен ремонт);
• Неизчерпаемост на ресурсите, използвани за производство на енергия.

Основният недостатък на микрогазовите инсталации е относителната опасност за обитателите на водната фауна, тъй като въртящите се лопатки на турбината, особено при високоскоростни потоци, могат да представляват заплаха за рибите и малките. Ограниченото използване на технологията също може да се счита за недостатък.

За видовете мини-водни електроцентрали

Малката водна енергия се развива днес и е отлично решение за пестене на енергийни ресурси. Можете да си купите генератор за миниводна електроцентрала в магазин или да си направите собствен.

Съществуват няколко варианта за изграждане на малка водноелектрическа централа:

1. Водно колело. Представлява голям барабан с остриета, разположени между кръгли повърхности. Той се монтира перпендикулярно на водния поток. Той се потапя във вода на половината от ширината на острието. Съществуват конструкции на турбинни колела с лопатки, проектирани за даден воден поток, но тези конструкции са сложни и е най-добре да бъдат закупени в магазин.
2. Ротор на Darier. Мини водноелектрическа централа от този вид има механизъм, чиято ос на въртене е разположена вертикално. Той се използва за преобразуване на електроенергия. Налягането се създава от потока течност между структурните елементи. Ефектът от него напомня на морските кораби, задвижвани с подводни криле. Този принцип се използва при проектирането на вятърни турбини.
3. Водноелектрическа централа "Гарланд". На кабел, перпендикулярен на реката, са разположени светлинни турбини, които на външен вид приличат на гирлянди. Кабелът действа като вал и движението на въртене се предава на генератора. Потокът, създаден от водата, осигурява въртенето на роторите, а роторите допринасят за въртенето на кабела.
4. Витло. Роторът е разположен вертикално, както при вятърните електроцентрали, и действа като витло. За разлика от въздушното устройство, остриетата на това устройство са с малка широчина и могат да бъдат до 2 cm. Това ще осигури висока скорост на въртене и минимално съпротивление. При високи скорости на водата могат да се използват и други размери. Движението на витлото се осигурява от подемната сила на водата, а не от нейното налягане. Това може да се сравни с крилото на самолет. Движението на лопатките спрямо потока е по-скоро перпендикулярно, отколкото надолу по течението.

Преносимите водноелектрически централи са лесни за използване и лесни за проектиране.

Предимства на мини ВЕЦ

Малките водноелектрически централи имат редица предимства:

• мини хидротурбината работи тихо и без шум;
• няма вредни емисии в атмосферата по време на работа;
• не влияе по никакъв начин на качеството на водата;
• не зависи от външни условия;
• малките водноелектрически централи произвеждат енергия непрекъснато през целия ден;
• дори малък поток може да се използва за захранване;
• Ако има излишна енергия, тя може да бъде продадена и да генерира приходи;
• Водноелектрическите централи не се нуждаят от разрешително за производство на енергия.

Днес малките водноелектрически централи в Русия се радват на безпрецедентна популярност. Не е трудно да си ги направите сами или да ги закупите от магазин. Малките водноелектрически централи са печеливш бизнес.

Недостатъци.

Наред с предимствата, малките водноелектрически централи имат и някои недостатъци:

1. Малка водноелектрическа централа, свързана с маргаритка, представлява опасност за околните: движещите се части са скрити във водата, а въжето е дълго.
2. Ниска ефективност.
3. Ротор Darier. Този воден генератор се прави трудно.

Препоръчително е да се инсталират малки ВЕЦ, след като се преценят предимствата и недостатъците.

Важно е да се направи правилният избор: какъв вид конструкция да се изгради, за да се гарантира ефектът от работата

Мини водноелектрически централи за частни домове

Повишаването на тарифите за електроенергия и липсата на достатъчен капацитет превръщат безплатното използване на възобновяема енергия в дома в неотложен въпрос. В сравнение с други възобновяеми енергийни източници мини водноелектрическите централи представляват интерес, тъй като могат да произвеждат толкова енергия, колкото вятърните или слънчевите централи за същия период от време. Естествено ограничение за използването им е липсата на река

Ако в близост до къщата ви тече малка река или поток, или ако има наклони в преливниците на езерото, можете да инсталирате мини ВЕЦ. Похарчените за него средства бързо ще се изплатят - ще се снабдявате с евтина електроенергия по всяко време на годината, независимо от метеорологичните условия или други външни фактори.

Основният показател, който показва ефективността на една ВЕЦ, е скоростта на потока в резервоара. Ако скоростта е по-малка от 1 m/s, трябва да се вземат допълнителни мерки за ускоряването ѝ, като например да се направи обходен канал с променливо сечение или да се организира изкуствена промяна на височината.

След това се определя капацитетът, необходим на стопанството, и геометрията на канала. Всички тези показатели се вземат предвид при избора на вида и дизайна на микро ВЕЦ, която ще бъде инсталирана.