Гидроэлектростанция своими руками: как соорудить автономную мини-гэс

Сила потока воды – это возобновляемый ресурс природы, применение которого даст возможность получать почти что бесплатное электричество, сэкономить на коммунальных услугах или решить проблематику с подзарядкой техники.

Если рядом с вашим домом течет ручей или речка, гидроэлектростанция собственными руками из материалов которые всегда под рукой – настоящий выход из положения. Однако прежде рассмотрим, какие могут быть варианты мини-ГЭС и как они работают.

Гидроэлектростанции непромышленного назначения

Гидроэлектростанции – это строения, способны изменить энергию движения воды в электричество. Это могут быть плотины на больших реках, вырабатывающие от десятка до нескольких сотен магаватт или мини-ГЭС с самой большой мощностью в 100 кВт, которых в полной мере достаточно для потребностей частного строения. Вот о последних и выясним подробно.

Гирляндная станция с гидровинтами

Конструкция состоит из цепи роторов, закрепленных на эластичном стальном тросе, перетянутом поперек реки. Сам канат стальной выполняет роль вращательного вала, один конец которого крепится на опорном подшипнике, а второй – активирует вал генератора.

Каждый гидроротор «гирлянды» способен производить около 2 кВт энергии, правда, скорость водного потока для этого обязана быть не меньше 2,5 метров в секунду, а глубина пруда не превосходить 1,5 м.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Рабочий принцип гирляндной ГЭС прост: водонапор раскручивает гидровинты, а те вращают канат стальной и вынуждают генератор производить энергию

Гирляндные станции успешно применялись еще в середине прошлого столетия, но роль винтов тогда играли самодельные пропеллеры и даже консервные банки. Сегодня же изготовители рекомендуют более десяти видов роторов для разных эксплуатационных условий. Они укомплектовываются лопастями различного размера, сделанными из листового металла, и дают возможность получить самый большой КПД от работы станции.

Но хотя в изготовлении этот гидрогенератор весьма прост, его работа подразумевает ряд особенных условий, не всегда осуществимых в реальности. Такие строения перегоражевают речное русло, и навряд ли соседи по берегу, уже не говоря о представителях экологичных служб, позволят применять энергию потока для ваших целей.

Более того, зимой установку применять можно лишь на незамерзающих водоемах, а в условиях жёсткого климата – консервировать или демонтировать. Благодаря этому гирляндные станции строятся на время и в основном в пустынной местности (к примеру, около летних пастбищ).

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Роторные станции мощностью от 1 до 15 кВт/час вырабатывают до 9,3 МВт за месяц и дают возможность собственными силами решить проблематику с электрификацией в регионах, далеких от централизованных магистралей

Современный аналог гирляндной установки – погружные или наплывные рамные станции с поперечными роторами. В отличии от собственной гирляндной предшественницы, эти системы не перегоражевают всю реку, а задействуют лишь часть русла, причем установить их можно на понтоне/плоте или совсем опустить на днище пруда.

Вертикальный ротор Дарье

Ротор Дарье – приспособление турбины, которое стало называться в честь собственного изобретателя в 1931 г. Система имеет несколько аэродинамических лопастей, зафиксированных на радиальных балках, и работает за счёт перепада давления по принципу «подъемного крыла», который широко задействован в кораблестроительстве и авиации.

Хотя данные установки больше применяются для создания ветрогенераторов, они как правило будут работать и с водой. Однако в данном варианте необходимы правильные расчеты, дабы выбрать толщину и ширину лопастей в согласии с силой потока воды.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Ротор Дарье напоминает «ветряк», только Поставленный под водой, причем работать он может не зависимо от сезонных колебаний скорости потока

Для создания местных гидростанций вертикальные роторы применяется нечасто. Не обращая внимания на хорошие показатели КПД и кажущуюся легкость конструкции, оборудование очень не простое в работе, так как в начале работу систему необходимо «раскрутить», зато и остановить запущенную станцию сумеет только замерзание пруда. Благодаря этому применяется ротор Дарье в основном на предприятиях промышленности.

Водный пропеллер-«ветряк»

В сущности, это самый обыкновенный воздушный ветряк, только ставится он под водой. Размеры лопастей, дабы обеспечить самую большую частота вращения и минимум сопротивления, рассчитываются в зависимости от силы движения потока. Допустим, если скорость направления не превышает 2 м/сек, то ширина лопасти обязана быть в границах 2-3 см.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Водный пропеллер очень просто изготовить собственноручно, однако он подходит исключительно для глубоких и быстрых рек – на мелком водоеме крутящиеся лопасти могут нанести травмы рыбакам, купальщикам, водоплавающим птицам и животным

Такой ветряк ставится «навстречу» потоку, однако его лопасти работают не за счёт давления водного напора, а благодаря появлению подъемной силы (по принципу самолетного крыла или винта корабля).

Водяное колесо с лопастями

Водяное колесо – один из простых вариантов гидравлического мотора, известен еще во времена Империи Рима. Результативность его работы сильно зависит от типа источника, на котором его установили.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Подливное колесо может вертеться лишь благодаря скорости потока, а наливное – при помощи напора и веса воды, ниспадающей сверху на лопасти

В зависимости от глубины и русла водотока можно поставить разные типы колес:

  • Подливные (или нижнебойные) – подходят для мелководных рек с быстрым течением.
  • Среднебойные – размещаются в руслах с натуральными каскадами таким образом, чтобы поток попадал примерно на середину крутящегося барабана.
  • Наливные (или верхнебойные) – ставятся под плотиной, трубой или снизу естественного порога, дабы ниспадающая вода продолжила путь через вершину колеса.

Но рабочий принцип у всех вариантов один и тот же: вода поступает на лопасти и приводит в воздействие колесо, которое вынуждает вертеться генератор для миниэлектростанции.

Изготовители гидрооборудования рекомендуют готовые турбины, лопасти которых намерено приспособлены под конкретную скорость потока воды. Но домашние мастера делают барабанные конструкции по старинке – из материалов которые всегда под рукой.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Обустраивание своей гидростанции – один из наиболее недорогих и экологичных способов оснащения энергоресурсами дачи, сельского хозяйства или туристической базы

Возможно, отсутствие оптимизации проявится на показателях КПД, зато стоимость изготовления самодельного оборудования обойдется в несколько раз доступнее купленного аналога. Благодаря этому водяное колесо самый распространенный вариант для организации своей мини-ГЭС.

Условия для установки гидроэлектростанции

Не обращая внимания на привлекательную дешевизну энергии, вырабатываемую гидрогенератором, важно предусмотреть специфики водного источника, ресурсы которого вы запланировали использовать для своих потребностей. Ведь абсолютно не каждый водоток подойдёт для эксплуатирования мини-ГЭС, тем более круглогодичной, благодаря этому не будет мешать иметь в резерве возможность подсоединения к централизованной магистрали.

Несколько «за» и «против»

Хорошие качества личной гидроэлектростанции понятны: недорогое оборудование, которое формирует доступное электричество, да так же и природе не вредит (в отличии от плотин, перекрывающих ток реки). Хотя полностью неопасной систему нельзя назвать – все же крутящиеся детали турбин могут нанести травмы населению мира под водой и даже людям.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Дабы предупредить несчастные ситуации, гидростанцию необходимо уберечь, а если система полноценно спрятана водой – установить на берегу предупреждающий знак

Плюсы мини-ГЭС:

  1. В отличии от остальных «бесплатных» энергоисточников (фотоэлектрических панелей, ветрогенераторов), гидросистемы как правило будут работать не зависимо от времени суток и погоды. Одно, что может им воспрепятствовать – замерзание пруда.
  2. Для установки гидрогенератора необязательно наличие большой реки – те же водяные колеса успешно можно применять даже в очень маленьких (но быстрых!) ручьях.
  3. Установки не подчеркивают вредоносных веществ, не загрязняют воду и работают почти что тихо.
  4. Для установки мини-ГЭС мощностью до 100 кВт не надо оформить разрешение (хотя все может зависеть от властей и вариант установки).
  5. Излишек электричества разрешается продавать в смежные дома.

Если говорить про минусы – серьезной помехой для продуктивной эксплуатации оборудования может стать неудовлетворительная сила направления. В данном варианте придется строить подсобные строения, что соединенно с внеочередными затратами.

Измерение силы потока воды

Первое, что необходимо сделать, дабы подумать о виде и способе процесса установки станции – померять скорость потока воды на любимом источнике. Самый обыкновенный метод – опустить на стремнину любой не тяжелый предмет (к примеру, теннисный мячик, кусочек вспененного полимера или рыболовный поплавок) и засечь секундомером время, за которое он проплывет расстояние до какого-либо ориентира. Классическая дистанция для «заплыва» — 10 метров.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Если пруд находится далеко от дома, можно соорудить отводной канал или трубопровод, и вместе с этим и побеспокоится о перепадах высоты

Сейчас необходимо пройденное расстояние в метрах поделить на кол-во секунд – это и будет скорость направления. Однако если полученное значение окажется меньшей 1 м/сек, понадобится построить не настоящие строения, дабы сделать быстрее поток перепадами высот. Это возможно реализовать при помощи разборной плотины или неширокой трубы для слива. Однако без хорошего направления от идеи с гидростанцией нужно будет отказаться.

Изготовление ГЭС на основе водяного колеса

Конечно, собрать «на коленке» и построить махину, приготовленную для обслуживания предприятия или пункта проживания даже из десятка домов – идея из области фантастики. Но построить собственными руками мини-ГЭС для экономии электричества – вполне возможно. Причем использовать можно как готовые комплектующие, так и подручные материалы.

Благодаря этому рассмотрим поэтапно изготовление самого обычного строения – водяного колеса.

Сопутствующие материалы и инструменты

Чтобы изготовить собственноручно мини-ГЭС, необходимо приготовить электросварочный аппарат, угловую шлифмашину, дрель и комплект добавочных инструментов — молоток, отвертку, линейку.

Из материалов потребуются:

  • Уголки и металл листовой толщиной не меньше 5 мм.
  • Пластиковые трубы или стали покрытой слоем цинка для производства лопастей.
  • Генератор (можно применять готовый покупной или создать своими руками, как в этом примере).
  • Диски тормозов.
  • Вал и подшипники.
  • Фанера.
  • Полистироловая смола для заливки ротора и статора.
  • Провод из меди на 15 мм для самодельного генератора.
  • Нео-магниты.

Нужно помнить, что конструкция колеса будет регулярно контактировать с водой, благодаря этому железные и элементы из дерева следует подбирать с защитой от проявления влаги (или побеспокоится об их пропитке и покраске собственными силами). В совершенстве, фанеру можно сменить пластиком, но древесные детали легче достать и дать им необходимую форму.

Сборка колеса и изготовление сопла

Базой для самого колеса могут стать два стальных диска одного и того же диаметра (если имеется возможность достать стальной барабан от кабеля – прекрасно, это намного ускорит сборочный процесс). Однако если металла в подручных материалах не нашлось, можно вырезать круги и из влагостойкой фанеры, хотя надёжность и служебный срок даже отделанного дерева не идет в сравнение со сталью. Потом на одном из дисков необходимо прорезать отверстие круглой формы под установку генератора.

Потом делаются лопасти, а их придется не меньше 16 шт. Для этого жестяные трубы разрезаются вдоль на две или 4-ре части (зависит от диаметра). Потом места резки и саму поверхность лопастей необходимо зашлифовать, дабы сделать меньше потери энергии при трении.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Лопасти ставятся с возможностью наклона приблизительно в 40-45 градусов – это поможет увеличить поверхностная площадь, на которую будет влиять сила потока

Расстояние между 2-мя боковыми дисками должно быть максимально приближено к длине лопастей. Дабы наметить место для размещения будущих ступиц, рекомендуется сделать шаблон из фанеры, на котором будет обозначено место для любой детали и отверстия для фиксирования колеса к генератору. Готовую разметку можно закрепить на внешней стороне одного из дисков.

Потом круги ставятся параллельно друг к другу при помощи стержней со непрерывный резьбой, а лопасти привариваются или крепятся болтами в необходимых позициях. Барабан будет вертеться на подшипниках, а для опоры применяется рама из уголков или труб малого диаметра.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

На данном шаге сборку барабана можно считать законченной, осталось оборудовать его самодельным генератором и соплом, направляющим водный поток

Сопло предназначается для водных источников каскадного типа – данная установка даст возможность применять энергию потока по максимуму. Делается этот дополнительный компонент путем выгибания листового металла с дальнейшей сваркой швов, а после садится на трубу. Однако если в вашей територии течет равнинная речка без порогов и прочих высотных помех, в данной детали нет потребности.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Важно, дабы ширина отверстия для выхода сопла соответствовала ширине самого колеса, иначе часть потока будет идти «попусту», не попадая на лопасти

Сейчас колесо необходимо насадить на ось и установить на подпорку из сваренных или соединенных болтами уголков. Осталось сделать генератор (или установить готовый) и можно отправиться к реке.

Генератор собственными руками

Для производства самодельного генератора необходимо сделать обмотку и заливку статора, для чего потребуются катушки со 125-ю виточками проволоки из меди на каждой. После их соединения вся система заливается полиэстеровой смолой.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Каждая фаза состоит из трех постепенно прикрепленных мотков, благодаря этому соединение можно выполнить в форме звезды или треугольника с несколькими наружными выводами

Сейчас необходимо приготовить фанерный шаблон, схожий по размеру с тормозным диском. На деревянном кольце исполняется разметка и выполняются прорези для установки магнитов (в таком случае применялись нео-магниты толщиной 1,3 см, шириной 2,5 см и длиной 5 см). Потом получившийся ротор также заливается смолой, а после просушки — прикрепляется к барабану колеса.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

Водяное колесо с ротором из тормозных дисков и генератором из мотков проволоки из меди — окрашенное, презентабельное и готовое к работе

Заключительным устанавливается металлический кожух с амперметром, закрывающий выпрямители. Задача таких элементов – преобразовывать трехфазный ток в постоянный.

гидроэлектростанция, автономный, минуть, водного потока, водяного колеса, скорость водного

После того как произошла установка колеса в поток не очень большой речки с каскадом или трубой для отвода, можно рассчитывать на продуктивность мини-ГЭС в 1,9А * 12В при 110 оборотах за 60 секунд

Дабы в колесо не попадали листы, песок и прочий мусор, принесённый с потоком, будет лучше поставить перед устройством сетку для защиты.

Также можно эксперементировать с зазором между магнитами и катушками с увеличенным количеством витков с целью увеличения КПД гидростанции.

Нужное видео по теме

Пример работающей гидроустановки с самодельным генератором на базе трехфазного мотора:

Мини-ГЭС, сконструированная по принципу водяного колеса:

Станция на основе велосипедного колеса – интересный вариант решить проблему с энергообеспечением на отдыхе вдалеке от цивилизации:

Как можно заметить, соорудить водяную маленькую электростанцию собственными руками не очень тяжело. Но так как большое количество расчетов и показателей для ее деталей устанавливается «на глазок», нужно быть готовым к выполнимым неисправностям и сопутствующим затратам.

Если вы ощущаете нехватку знаний и опыта в этой сфере, стоит довериться профессионалам, которые сделают все расчеты которые для этого необходимы, порекомендуют идеальное для вашего случая оборудование и качественно произведут его установку.

Оставить комментарий

Яндекс.Метрика