Мене завжди приваблювало отримання безкоштовної енергії із природних ресурсів. І якось у мене зародилася ідея зробити просту міні електростанцію, яка б виробляла електрику з водяного струмка, що проходить повз.
Все почалося з ідеї використовувати барабан старий пральної машинияк водяне колесо – мініатюрна саморобна гідроелектростанція.
До барабана за допомогою металевих куточківбули прикріплені прямі лопаті із вологостійкої фанери.
Крутний момент із водяного колеса передається за рахунок ременя на велосипедну динамо-машину (генератор постійного струму). Вироблена електроенергія надходить на світлодіод. Достатньо рукою злегка прокрутити колесо, і світлодіод почне блимати.
Основа всієї конструкції – велосипедна рама.
Два підшипники дозволяють водяному колесу вільно крутиться.
Перші випробування на маленькій річці показали, що водяне колесона рамі встановлено занадто високо, що не дає потоку води нормально розкручувати його.
Після невеликих змін у конструкції рами колесо почало розташовуватися нижче і швидкість обертання різко зросла. Як результат, почала обертатися динамо-машина та світлодіод на 4,5 В спалахнув.
Ось так зі старого мотлоху вийшла саморобна гідроелектростанція.
Далі міні ГЕС у зборі було встановлено на невеликий струмок.
Виробляє вона лише кілька вольт, але їх достатньо для свічення світлодіода.
Це був непоганий експеримент для початку.
Подальше удосконалення у проекті
Подальше вдосконалення водяного колеса повинні торкнутися:- Побудувати міні-дамбу для збільшення тиску води. При цьому повністю річку не планується перегороджувати, щоб риба могла йти у другому потоці.
- Під дамбою встановити трубу, якою вода надходитиме на саморобну турбіну. У трубі влаштувати кожух із транспортерної гумової стрічки. Перекривши потік води через трубу, можна провести обслуговування механізмів.
- За розрахунками, турбіна видаватиме потужність приблизно вдвічі більше, ніж водяне колесо. Крім того, заміна водяного колеса на турбіну повинна зняти проблему замерзання в зимовий час.
- Потік води розкручуватиме турбіну, передаючи момент, що крутить, генератору. Триматися турбіна буде на двох підшипниках, виготовлених із масиву дерева. При регулярному змащуванні вони прослужать довго. Упорна шайба утримуватиме механізм від бічного зміщення.
- Виготовити металеві лопатки, розрахувавши кут, під яким їх потрібно загнути (від цього параметра залежить потужність гідроелектростанції). Лопатки прикрутити потрібно буде з використанням гумових прокладок, щоб уникнути їхнього відриву.
- Для передачі крутного моменту використовувати зібраний із труб вал.
- Встановити генератор. На генератор поставити шків меншого розміру, ніж встановлений на валу. Це дозволить підвищити обороти, що необхідно для ефективної роботигенератора.
Сила водного потоку – це поновлюваний природний ресурс, що дозволяє отримувати практично безкоштовна електрика. Подарована природою енергія надасть можливість заощадити на комунальні послугита вирішити проблему з підзарядкою техніки.
Якщо поруч із вашим будинком протікає струмок чи річка, ними варто користуватися. Вони зможуть забезпечити електроенергією ділянку та будинок. А якщо побудована гідроелектростанція своїми руками, економічний ефект зростає в рази.
У поданій статті детально описано технології виготовлення приватних гідротехнічних споруд. Ми розповіли про те, що потрібно для влаштування системи та підключення її до споживачів. У нас ви дізнаєтеся про всі варіанти мініатюрних постачальників енергії, зібраних із підручних матеріалів.
Гідроелектростанції – це споруди, здатні перетворити енергію руху води на електрику. поки що активно експлуатуються тільки на Заході. На території нашої країни ця перспективна галузь лише робить перші боязкі кроки.
Галерея зображень
Для початку визначимося з принципом роботи та типами невеликих ГЕС. Перебіг річки або водний потік, що падає, обертає лопаті турбіни і гідропровід, який з'єднаний з електрогенератором - останній і виробляє електроенергію. Сучасні компактні ГЕС мають автоматичне керування з можливістю миттєвого переходу на ручний режиму разі аварійної ситуації. Конструкції сучасних заводських ГЕС дозволяють звести до мінімуму виробництво. будівельних робітпід час монтажу обладнання.
Види міні гідроелектростанцій
До міні електростанцій відносяться пристрої, що генерують, потужністю від 1 до 3000 кВт. Принципово ТЕС складається з:
- турбіни (водозабірного пристрою);
- генеруючого блоку;
- системи управління.
За типом водних ресурсів, що використовуються для генерації, міні ГЕС бувають:
- Руслові. Такі станції будуються на невеликих рівнинних річках із водосховищами.
- Гірські. Стаціонарні станції, які використовують енергію швидкої гірської течії.
- Промислові. Станції, які використовують перепади потоку води на промпідприємствах.
- Мобільні. Станції, що використовують для водяного потоку армовані рукави.
Гребельні типи станцій відрізняються високою потужністю, але будівництво греблі обходиться дорого, та й без дозволів у цьому випадку не обійтися. Зв'язуватися з чиновниками в нашій країні – не просто ускладнити собі життя, а ставити під сумнів реалізацію самих благих намірівтому відмовимося від цієї витівки відразу.
Як працює міні ГЕС
Принципову схему роботи ГЕС можна вибрати з кількох варіантів:
- Гірляндна ГЕС. З одного берега річки на інший під водою прокладено трос із нанизаними на нього роторами. Течія обертає ротори і, відповідно, сам трос. Один кінець троса у підшипнику, інший з'єднаний з генератором.
- Пропелер. Підводна конструкція, що нагадує вітряк із вузькими лопатями та вертикальним ротором. Лопата шириною всього 20 мм при великій швидкості обертання забезпечить мінімальний опір. Лопата такої ширини вибирається за швидкості потоку 0,8–2, 0 м на сек.
- Водяне колесо. Колесо з лопатями, частково занурене в потік, розташоване під прямим кутом до поверхні води. Потік води давить на лопаті, обертаючи колесо.
- Ротор Дар'ї. Вертикальний ротор із складними поверхнями лопатей. Рідина, обтікаючи лопаті, створює різний тиск, завдяки чому відбувається обертання.
На фото міні ГЕС на основі водяного колеса
Як оцінити потенційну потужність міні ГЕС
До будівництва міні гідроелектростанції власноруч потрібно визначити потужність, на яку можна розраховувати. Існує довідкове співвідношення між швидкістю потоку води і потужністю, яка може зніматися з валу кВт при діаметрі гвинта 1 м.
Швидкість потоку визначається виміром часу, протягом якого тріска, кинута у воду, пройде певну відстань. Зробивши нескладні розрахунки, отримаємо швидкість потоку за метри на секунду. Якщо в даному випадкушвидкість менше 1 м/сек, то будівництво ГЕС буде економічно недоцільним.
При швидкості потоку 2,5 м/с потужність становитиме 0,86 кВт, за 3 м/с – 1,24 кВт, за 4 м/с – 2,2 кВт. Співвідношення описується залежністю: потужність ГЕС пропорційна кубу швидкості потоку води. Якщо швидкість потоку на ділянці передбачуваного будівництва мала, її можна спробувати збільшити пристроєм перепаду висот потоку або установкою зливної трубиіз змінним діаметром на виході з водойми. Чим меншим буде діаметр труби на виході, тим більше вийде швидкість потоку.
Як зробити міні ГЕС у домашніх умовах
Принцип роботи невеликої саморобної ГЕС можна зрозуміти на прикладі велосипеда з фарою та динамо-машиною (генератором).
- З покрівельного заліза робимо три лопаті завдовжки, рівної радіусувелосипедного колеса (відстань від центральної втулки до обода колеса) та шириною 3-4 см.
- Встановлюємо лопаті між спицями колеса, загнувши для кріплення край лопаті навколо спиць. Лопаті повинні бути виставлені рівномірно із збереженням однакових кутів між ними.
- Занурюємо колесо з лопатями у швидку річку на глибину від третини до половини діаметра колеса. Електроенергії, що виробляється, буде достатньо, наприклад, для освітлення намету.
Креслення одного з варіантів будівництва міні ГЕС
Прикладом може бути невелика ГЕС для фермерського господарствапотужністю 3-5 кВт із підручних матеріалів:
- Ротор можна зробити зі старого металевого кабельного барабана діаметром 2,2 м. За допомогою болгарки та зварювання під кутом 45 градусів до радіуса потрібно вварити 18 лопатей. Обертається ротор на підшипниках. Опора – металева труба або куточок.
- На роторі потрібно встановити ланцюговий редуктор з передавальним числом (коефіцієнтом передачі) 4. Далі обертання передаватиметься через карданний вал ВАЗ 2101. Використання кардану зменшить вібрацію, а також співвісність приводу та генератора при використанні валу буде некритичною.
- Знадобляться редуктор, що підвищує (коефіцієнт – 40) і трифазний генератор. Швидкість обертання генератора близько 3000 об/хв. Загальний коефіцієнт редукції двох редукторів становитиме 40 х 4 = 160. Генератор слід закрити кожухом для захисту від вологи та безпеки. Розрахункове обертання водяного колеса має становити близько 20 обертів на хвилину.
- Під генератор можна пристосувати асинхронний двигуна блок управління взяти від будь-якого невеликого верстата. Знадобиться кабель ВВГ НГ 2х4 довжиною від ротора до фермерських будівель.
Висновки
Сумарні витрати на виготовлення становитимуть близько 10-15 тисяч рублів. Основна стаття витрат – заробітня платазварювальнику та робітнику, що допомагає зробити і зібрати конструкцію.
Головними перевагами такого обладнання є низька вартість електроенергії, екологічна безпека, невичерпність джерела енергії та простота конструкції.
Завжди хотів отримати електрику з струмка, що протікає периметром мого будинку. Близько трьох років тому я встановив тимчасову турбіну, щоб перевірити, чи буде працездатним турбінне колесо більшого розміру.
Демо-версія цього колеса була зроблена зі старих підставок для абразивних кілі дерев'яних палетяк лопаті.
Як генератор я використав стару стрічку постійного струму з приводного двигуна Ametec. Щоб приготувати все повністю, я використав міні-мотоцеп і зірочки з 70 та 9 зубцями (для обертання колеса та на двигуні). Вартість всіх предметів вилилася приблизно 30 фунтів стерлінгів.
Максимально воно генерувало 25 Вт і пропрацювало десь протягом року, головним чином через обмеження двигуна Ametec та розмір колеса, і підштовхнуло мене до створення турбіни більшого розміру.
Насамперед мені потрібно було запрудити воду струмка, так, щоб рівень води був приблизно мені по груди. Не чекаючи кінця літа, я, за допомогою водонасосу відвів воду, зробив запруду з цементу.
Колеса турбіни мені виготовили місцеві будівельні компаніїіз міцного багатошарового матеріалу, що використовується для створення обшивки та настилу в суднобудуванні, товщиною 13 мм. З цього ж матеріалу я зробив і лопаті. На завершення я покрив диски та лопаті спеціальним водовідштовхувальним складом, щоб продовжити їхнє життя.
Основу для турбіни я спорудив із дубових полін. Дуб виявився дуже жорстким, довелося повозитись, поки я прикріплював поліна болтами до кам'яної рами. Довелося свердлити отвори, а для цього доводилося прив'язувати турбіну, щоб врівноважити її та підігнати всі розміри та затягнути болти.
Наступним кроком після встановлення колеса було вирішення питання з приводом та генератором.
Спочатку я використав привід виробництва Minimoto, але потім маленький ланцюг через інтервал між зубами почав зісковзувати, і я вирішив придбати ланцюги з кроком 3/8 і зірочки у постачальника підшипників. Генератор поставив Windblue Power Permanent Magnet Generator (PMG). Він здатний виробляти 12 на 150 об./хв. Його часто використовують як перероблений автомобільний генератор. Звичайний генератор видає 12 лише при 3000 оборотах. Цей двигун я замовив у США за 135 фунтів стерлінгів, включаючи витрати на поштове пересилання.
Колесо крутилося надто повільно, і мені довелося робити під запрудою ступінчастий піддон, на якому вода збиралася у вузьке жерло і з більшою силою лилася на лопаті.
Крім того я прикрутив сталевим тросомперетином в 1 см основні рейки каркаса, а там, де була можливість, зміцнив базу за допомогою анкерних болтів завдовжки 1 фут, щоб уберегти пристрій від поломки, якщо раптом греблю прорве або буде сильний порив вітру.
На турбіні встановлені акумулятори Brand New 4x55AH. З їх допомогою я постійно заряджаю ноутбук. Також я купив два військові тягові свинцевий акумулятор 2х110Аh Hawker для освітлення гаража та будинку. Подача напруги на два різних типу акумулятора йде з різних проводів.
Приблизно рік я експлуатую цю систему. Вихідна потужність – 50 Вт, на піку видає до 500 Вт. Кілька разів турбіна зупинялася через спад води, а також через перекриття основного потоку під час повеней. А так - цілий рікпрацює.
Переклад: Ярослав Миколайович
«Зелені» всього світу дедалі частіше протестують проти розробки нових родовищ нафти, газу, вугілля, а також масового використання двигунів. внутрішнього згорянняу всьому світі, які і приносять сильні забрудненнянашого середовища проживання. Знаменитості зі світу моди, театру, кіно закликають жити економніше в плані витрати електроенергії. Вони встановлюють на дахах своїх особняків сонячні батареї, вітрові генератори(як актор Леонардо Ді Капріо, наприклад).
Все більше простих людейтакож розуміють, що і від їхньої поведінки щось може залежати, і якщо хоча б одна людина знайде альтернативу двигуну внутрішнього згоряння, то тоді світ стане трохи чистішим. Тому в селах, селищах і в нашій країні, там, де є вода, що падає або біжить, якийсь басейн з водою на височині, є можливість зробити міні ГЕС своїми руками і, тим самим, допомогти і собі та її Величності Природі. Адже це альтернатива бензиновому або дизельному генератору, який все одно працює на паливі і дає їдкий вихлоп у навколишнє середовище.
А якщо не одна людина, чи не одне домогосподарство вирішило знайти альтернативний шлях отримання електроенергії? Якщо ціле селище, село, аул? Тут уже навантаження на Природу значно зменшиться. Та й у кишені у споживача залишиться більше грошейна домашні потреби, бо електрика від міні ГЕС, створеної руками та розумом ентузіастів виходить приблизно втричі дешевше, ніж купувати його від штатних виробників (ТЕЦ, Атомні станції, Промислові ГЕС).
У пошуках потрібної води
Нещодавно я побачив невелике відео, де показувалося, як у звичайному індійському селі студенти одного із західних коледжів вирішили зробити міні ГЕС. Електрики в тій глушині немає, молоді люди біжать до міст, а що станеться, якщо дати жителям світло? Річки як такої в селі немає, зате є водоймище. Природна чаша з величезною кількістю води розташована трохи вище за рівень села. Що вигадали студенти?
Вони своїми розумними головами зрозуміли, що коли немає тут течії від Природи, її можна створити! Руками найнятих робітників було змонтовано криту довгу трубу діаметром з метр, і один кінець її замкнувся на водойму, а інший — унизу, йшов у невелику і тихохідну річку. За рахунок перепаду висоти вода з водоймища трубою прямувала вниз, розганяючись все більше, і на виході вже створювався досить потужний потік, який упирався в лопаті міні ГЕС. Труба, в яку уклали воду водоймища, збігає вниз схилом пагорба настільки мальовничо, що здається, ніби величезний пітон повільно повзе зверху вниз і своїми розмірами вселяє жах у місцевих жителів. Його хочеться доторкнутися руками, помацати, відчути його міць.
Якщо щось подібне створюють в індійському селі, то чому не спробувати зробити те саме в російському? Якщо поряд немає швидкоплинної річки, але є водоймище, то й тут можливе будівництво міні ГЕС. Потрібно просто дивитися рельєф місцевості, але зрозуміло одне: водоймище — нехай воно буде природне, або штучне — має бути розташоване вище, ніж місце, де буде встановлена гідроелектростанція. Якщо різниця висот значна – ще краще! Потік води бігтиме сильніше зверху вниз, а значить, зросте можлива потужність електроенергії.
Необов'язково купувати дорогі труби для організації штучної водної течії. Можна своїми руками зробити якийсь жолоб, і нехай поки що по ньому розганяється вода з водойми. Для початку краще взагалі взяти будь-які підручні засоби, старі труби нехай і невеликого діаметру поки що, і спорудити пробний варіантзливу води з водоймища, що розташоване вище. Так можна буде виміряти швидкість потоку (як це зробити я вже писав раніше). Якщо ж під боком тече річка з швидкою течією, то тоді й не треба будувати ні гребель, ні жолобів, ні створювати потік води штучно. Міні ГЕС у формі гірлянди, пропелера, ротора Дардьє або водяного колеса можуть бути встановлені у таких місцях без особливих проблем.
Важливо захиститиме споруду. Як? Попереду міні ГЕС слід встановити захисний екран із сітки, або розсіювач, щоб уламки дерев, що пливли по річці, а то й цілі колоди, а також жива і мертва риба, всякого роду сміття не потрапляли на лопаті турбіни, а пропливали повз.
Найпростіша міні гідроелектростанція станція своїми руками
Створити власну міні-ГЕС своїми руками може майже кожен. Приклади? Багато туристів для освітлення в умовах походу використовують звичайний велосипед, на якому і пересуваються. На будь-яке колесо велосипеда вони встановлюють між спицями перемички зі шматків, скажімо, тонкого заліза і спочатку руками, а потім плоскогубцями заводять краї листа за спицю, тим самим фіксуючи перемичку. Довжина перемички повинна відповідати половині діаметра колеса, тобто перекривати відстань від обода до втулки. По суті, вона повинна дорівнювати довжині спиці. Оптимальним буде встановити чотири таких перемички на кшталт сторін світу: Північ, Південь, Захід, Схід. Далі буде потрібний звичайний велогенератор і ліхтарик підключений до нього.
Настав час вибиратися в похід. На нічліг треба зупинитися біля річки. Та й нехай, що комарі закусають! Зате вдасться зробити відео вечірки, наробити фото біля багаття. Це ж дуже мальовничо! Вода у річці повинна мати помітну течію і тоді наша похідна міні гідроелектростанція працюватиме. "Да буде світло!" - сказав монтер і зробив замикання. Ні, це не про нас.
"Да буде світло!" — сказав турист і опустив колесо з перемичками із заліза на третину у воду річки, що біжить. Сам велосипед ставиться на невелику підставку, або підвішується за дерево або кілочок на березі так, щоб колесо на третину було занурене в потік. Вода тисне на перемички, крутить колесо, генератор перетворює енергію води на струм і міні-ліхтарик висвітлює місце стоянки.
Немає ризику, що батарейки потрапили браковані, як у разі застосування звичайного ліхтаря, немає ризику, що вони «сядуть», їх не треба брати у похід у великій кількості. Течія річки нікуди не зникне. Туристи найчастіше вважають за краще зупинятися в перевірених місцях. Отже, одного разу отримавши електричний струмза допомогою мінівело-ГЕС на місці нічлігу, вони пам'ятатимуть це місце і намагатимуться бавити темний час доби саме тут.
Проблеми узгодження
Однак, запалити одну свічку, образно кажучи, це одне, а ось запалити тисячі, дати людям світло, як зробив Прометей, це зовсім інша справа. Компактна гідроелектростанція як джерело електрики своєю появою в повсякденному застосуванні може порушити усталену картину та стан справ.
Найбільші монополії звикли, що саме вони виробляють електроенергію для малих поселень, збутові дочірні структури звикли отримувати гроші за доставку товару – КВт годину споживачеві. Куди в цю схему вписати міні-ГЕС? Та ще не підконтрольну монополістам? Відразу скажу, що узгодити такий проект із місцевою владою в Росії буде непросто, як, зрештою, і будь-яка інша нова справа. Але результат вартий витрачених зусиль.
Загалом під компактною (міні) гідроелектростанцією мається на увазі така станція, що видає потужність до 100 кВт. Народні умільці, працюючи руками та головою, можуть досить легко спорудити цю корисну штукуу себе в селищі чи селі, навіть у приватному домоволодінні. Але тільки якщо є відповідні природні умовита бажання щось створити НОВЕ, заощадити грошей, тобто в майбутньому менше платити за електрику.
Якщо ви подивіться відео, або фото деяких міні-ГЕС, то побачите, що вони виглядають досить дивно. Але для сучасників Леонардо Да Вінчі його махолети з величезними крилами теж здавалися щонайменше дивними, а своїми зухвалими досвідами та ідеями великий італієць і зовсім наводив жах на багатьох людей свого часу. Ну і що? Людей тих ми не пам'ятаємо. А креслення та твори Леонардо житимуть у віках. Будуйте міні-ГЕС своїми руками, експериментуйте, дерзайте! Природа та нащадки скажуть вам лише «Спасибі»!
Михайло Берсенєв
У Таджикистані теж є умільці, не гірші за індійські:
