Mini-centrales hydroélectriques pour une maison privée, datcha. Centrale hydroélectrique à faire soi-même sur un terrain personnel

Une source d'électricité indépendante dans une maison de campagne est la première nécessité. Le marché de l'électroménager propose une large gamme de générateurs de courant électrique de différentes conceptions : gaz, onduleur, essence, diesel. Parmi eux, les groupes électrogènes hydrauliques occupent une place particulière en raison de leurs avantages et des économies de consommation de carburant. La production d'électricité à partir de sources naturelles est le moyen le plus écologique et le moins coûteux de produire une ressource énergétique.

Portée et caractéristiques de l'appareil

Applications diverses

Ces appareils hydrauliques peuvent être utilisés pour divers besoins domestiques et économiques :

Dans l'agriculture;
Campus de géologues ;
Dans le transport fluvial ;
dans les centres de loisirs ;
Dans l'industrie minière;
Dans les zones suburbaines et suburbaines.

Pour convertir divers types d'énergie en énergie électrique. L'appareil est simple : le moteur, le générateur lui-même et le boîtier.

Nous regardons la vidéo, la portée des groupes électrogènes et leurs types:

Selon le type de centrale électrique, les générateurs sont divisés en:

Il y a aussi des générateurs d'eau et solaires. Le générateur électrique à eau diffère du diesel ou de l'essence par une plus grande efficacité de fonctionnement et un respect absolu de l'environnement. Si une rivière ou un ruisseau coule à proximité d'une maison de campagne, le montant des dépenses pour l'entretien de la station est nul.

Principe d'opération

La production d'énergie par rotation d'un élément de structure est utilisée depuis longtemps, il suffit de rappeler les moulins à eau. Un générateur d'eau pour la production d'énergie électrique diffère peu des anciens appareils.

Regardez la vidéo, le mécanisme de travail le plus simple:

Vous devez connecter le tuyau de l'appareil à une source d'eau (ruisseau, robinet, réservoir de douche), et la rotation des pales de la roue sous la pression de l'eau transférera de l'énergie au générateur lui-même. À son tour, le générateur transformera l'énergie reçue en un courant de la fréquence appropriée (AC ou DC).

Types de générateurs hydroélectriques

Les produits industriels diffèrent en termes de puissance de sortie. Pour les besoins domestiques, des systèmes hydrauliques de faible puissance (10-100 kW) sont utilisés avec une position verticale de l'axe de rotation du rotor, fonctionnant sur la base de petits cours d'eau. Pour les besoins de l'industrie, les appareils sont conçus avec un mouvement de rotation horizontal de l'axe.

Roue à eau

À des fins domestiques, un type de mini-centrale hydroélectrique sans barrage est utilisé, qui est divisé en 4 types:

roue à eau;
Centrale hydroélectrique de Garland ;
Rotor Daria ;
Hélice.

La roue hydraulique est un élément rotatif à pales, qui s'installe perpendiculairement au mouvement de l'eau, en immergeant la moitié ou un peu moins. Au moyen de la pression de l'eau sur les pales, la rotation de la roue et la transformation de l'énergie sont créées.

La conception d'une guirlande pour un générateur d'eau est un câble à rotors fixes, lancé d'un côté à l'autre de la rivière. Une extrémité du câble est attachée au générateur et l'autre extrémité est fixée avec un roulement. Les rotors immergés dans l'eau se mettent à tourner sous la pression du flux, provoquant la rotation du câble. En conséquence, de l'électricité est générée.

Rotor Daria

Le rotor Darrieus est un élément rotatif vertical qui est entraîné par des pressions changeantes sur les pales d'une conception complexe. C'est l'écoulement autour d'une surface complexe qui crée une différence de pression.

Le générateur à hélice à eau ressemble à un "moulin à vent" équipé d'un rotor, mais installé sous l'eau. La largeur des pales (2 cm) a les dimensions nécessaires pour créer une vitesse de rotation maximale avec une charge de traînée minimale. Cependant, les dimensions des pales doivent être choisies en fonction du débit du flux d'eau, leurs performances peuvent varier.

Les installations hydrauliques à hélices et les roues se sont généralisées dans la vie de tous les jours. L'avantage de ces dispositifs est une efficacité élevée à un coût minimum.

Présentation du produit

Les fabricants produisent des mini centrales hydroélectriques à usage domestique pour générer du courant de fréquence constante et variable en versions triphasées et monophasées. Pour générer de l'électricité, une petite pression d'eau est nécessaire - jusqu'à 12 l / s. En règle générale, ces installations hydroélectriques sont utilisées dans des endroits où coulent de petites rivières ou dans des zones avec une chute d'eau naturelle / artificielle, ainsi qu'avec un barrage construit.

Mini générateur Ct-02 (Chine)

Puissance - 5 kW;
Courant généré - 50 Hz;
Vitesse de rotation - 30-3000 tr/min ;
Le courant est variable.

Les produits peuvent être achetés dans le cadre de la commande, en indiquant les paramètres nécessaires. Le prix de départ est de 30 000 roubles.

Mini générateur pour la maison xj13 (Chine)

Puissance - 8,5 kW;
Courant généré - 50 Hz;
Vitesse de rotation - 145-1920 tr/min ;
Le courant est variable.

Ce modèle d'installation horizontale a ses avantages, poids léger et petits volumes. L'appareil peut être facilement installé dans le jardin. Prix - à partir de 16 000 roubles.

Hydrogénérateur LPWG

Hydrogénérateur LPWG

Puissance - 5 kW;
Courant généré - 50 Hz;
Vitesse de rotation - 500 tr/min ;
Le courant est variable.

Ce système hydraulique avec une alimentation en eau horizontale fournira du courant aux fermes familiales ou à une maison de campagne. L'achat d'un générateur de courant électrique à eau coûtera 49 596 roubles.

Comment faire soi-même une centrale hydroélectrique

Créer un générateur d'énergie hydraulique de vos propres mains est un processus fascinant. Peut être conçu sur la base d'un générateur de vélo conventionnel. Tout d'abord, vous devez déterminer la vitesse d'écoulement de l'eau à l'aide d'un chronomètre. Si la vitesse est insuffisante, vous devrez créer une différence de hauteur, par exemple en installant un tuyau de vidange.

Regardez la vidéo, faites-le étape par étape de vos propres mains:

Vous devez couper plusieurs lames de 2 à 4 cm de large dans une feuille d'aluminium.La longueur des lames doit correspondre au diamètre de la roue du vélo (de la jante au moyeu). Ensuite, les lames sont installées entre les rayons et fixées avec des pinces. La roue est immergée dans l'eau par un tiers. Une très bonne option pour générer de l'électricité en randonnée pour éclairer une tente et recharger des téléphones.

Choisir un groupe électrogène

Pouvoir

Pour l'approvisionnement constant en énergie d'une maison de campagne privée, une puissance de 20 à 30 kW suffit amplement.
Pour déterminer avec précision la puissance requise, vous devez additionner la consommation électrique de tous les appareils électroménagers et ajouter des lampes d'éclairage.
Il convient de garder à l'esprit que 20% supplémentaires doivent être ajoutés à la quantité totale de puissance d'en haut, en tenant compte des courants de démarrage.
Si vous travaillez avec des appareils électriques à des fins de construction, la puissance requise doit être trois fois supérieure (jusqu'à 100 kW).

Prix et fabricants

Le marché des biens est assuré par différents fournisseurs et entreprises manufacturières. Le facteur prix est formé en fonction de la promotion de la marque. Récemment, les fabricants chinois ont fait leurs preuves. Une combinaison favorable de qualité et de prix mérite l'attention.

Si une rivière ou même un petit ruisseau coule près de chez vous, vous pouvez obtenir de l'électricité gratuitement à l'aide d'une mini centrale hydroélectrique faite maison. Ce n'est peut-être pas un très gros budget de réapprovisionnement, mais la réalisation que vous avez votre propre électricité coûte beaucoup plus cher. Eh bien, si, par exemple, dans le pays, il n'y a pas d'alimentation électrique centrale, alors même de petites capacités électriques seront simplement nécessaires. Et donc, pour créer une centrale hydroélectrique artisanale, au moins deux conditions sont nécessaires - la présence d'une ressource en eau et le désir.

Si les deux sont présents, alors la première chose à faire est de mesurer le débit de la rivière. C'est très simple à faire - jetez une brindille dans la rivière et mesurez le temps pendant lequel elle nage 10 mètres. En divisant les mètres par les secondes, on obtient la vitesse du courant en m/s. Si la vitesse est inférieure à 1 m / s, une mini centrale hydroélectrique productive ne fonctionnera pas. Dans ce cas, vous pouvez essayer d'augmenter le débit en rétrécissant artificiellement le canal ou en réalisant un petit barrage si vous avez affaire à un petit cours d'eau.

A titre indicatif, vous pouvez utiliser le rapport entre la vitesse d'écoulement en m/s et la puissance de l'électricité prélevée sur l'arbre d'hélice en kW (diamètre d'hélice 1 mètre). Ce sont des données expérimentales, en réalité la puissance reçue dépend de nombreux facteurs, mais elle convient à l'évaluation. Alors:

0,5 m/s - 0,03 kW,
0,7 m/s - 0,07 kW,
1 m/s - 0,14 kW,
1,5 m/s - 0,31 kW,
2 m/s - 0,55 kW,
2,5 m/s - 0,86 kW,
3 m/s -1,24 kW,
4 m/s - 2,2 kW, etc.

La puissance d'une mini centrale hydroélectrique artisanale est proportionnelle au cube du débit. Comme déjà mentionné, si le débit est insuffisant, essayez de l'augmenter artificiellement, si cela est bien sûr possible.

Types de mini-centrales hydroélectriques

Il existe plusieurs options de base pour les mini centrales hydroélectriques maison.

Il s'agit d'une roue à pales montées perpendiculairement à la surface de l'eau. La roue est à moins de la moitié immergée dans le courant. L'eau appuie sur les pales et fait tourner la roue. Il existe également des roues de turbine avec des aubes spéciales optimisées pour le jet de liquide. Mais ce sont des conceptions plutôt complexes, plutôt fabriquées en usine que faites maison.

C'est un rotor à axe vertical utilisé pour générer de l'énergie électrique. Un rotor vertical qui tourne en raison de la différence de pression sur ses pales. La différence de pression est créée en raison de l'écoulement du fluide autour de surfaces complexes. L'effet est similaire à la portance d'un hydroptère ou à la portance d'une aile d'avion. Cette conception a été brevetée par Georges Jean-Marie Darier, un ingénieur aéronautique français, en 1931. Il est également souvent utilisé dans la construction d'éoliennes.

guirlande centrale hydroélectrique se compose de turbines légères - gidrovingrotors, enfilées et rigidement fixées sous la forme d'une guirlande sur un câble jeté à travers la rivière. Une extrémité du câble est fixée dans le palier de support, l'autre extrémité fait tourner le rotor du générateur. Le câble joue dans ce cas le rôle d'une sorte d'arbre dont le mouvement de rotation est transmis au générateur. Le flux d'eau fait tourner les rotors, les rotors font tourner le câble.

Également emprunté aux conceptions des parcs éoliens, comme un "moulin à vent sous-marin" à rotor vertical. Contrairement à une hélice aérienne, une hélice sous-marine a des pales d'une largeur minimale. Pour l'eau, une largeur de pale de seulement 2 cm suffit, avec cette largeur on aura une résistance minimum et une vitesse de rotation maximum. Cette largeur des pales a été choisie pour une vitesse d'écoulement de 0,8 à 2 mètres par seconde. À des vitesses élevées, d'autres tailles peuvent être optimales. L'hélice ne bouge pas en raison de la pression de l'eau, mais en raison de la portance. Comme une aile d'avion. Les pales de l'hélice se déplacent à travers le flux plutôt que d'être emportées par le flux dans la direction du flux.

Avantages et inconvénients de divers mini systèmes hydroélectriques faits maison

Les inconvénients d'une centrale hydroélectrique à cordes sont évidents : forte consommation de matière, danger pour autrui (long câble sous-marin, rotors cachés dans l'eau, blocage de la rivière), faible rendement. Garland HPP est une sorte de petit barrage. Il est conseillé de l'utiliser dans des endroits déserts et éloignés avec des panneaux d'avertissement appropriés. Vous devrez peut-être obtenir l'autorisation des autorités et des écologistes. La deuxième option est un petit ruisseau dans votre jardin.

Rotor Daria - difficile à calculer et à fabriquer. Au début du travail, il doit être détordu. Mais il est intéressant en ce que l'axe du rotor est situé verticalement et que la prise de force peut être effectuée au-dessus de l'eau, sans engrenage supplémentaire. Un tel rotor tournera à tout changement de sens d'écoulement - c'est un plus.

Les plus répandus dans la construction de centrales hydroélectriques artisanales étaient les systèmes à hélice et à roue hydraulique. Étant donné que ces options sont relativement simples à fabriquer, nécessitent un minimum de calculs et sont mises en œuvre à un coût minimal, ont une efficacité élevée, sont faciles à configurer et à utiliser.

Un exemple de la mini-centrale hydroélectrique la plus simple

La centrale hydroélectrique la plus simple peut être rapidement construite à partir d'un vélo ordinaire avec un dynamomètre pour un phare de vélo. Plusieurs lames (2-3) doivent être préparées en fer galvanisé ou en tôle d'aluminium non épaisse. Les lames doivent avoir une longueur de 2 à 4 cm de la jante au moyeu et une largeur de 2 à 4 cm.Ces lames sont installées entre les rayons de manière improvisée ou sur des supports pré-préparés.

Si vous utilisez deux lames, placez-les face à face. Si vous souhaitez ajouter plus de lames, divisez la circonférence de la roue par le nombre de lames et installez-les à intervalles réguliers. Vous pouvez expérimenter la profondeur d'immersion d'une roue avec des pales dans l'eau. Habituellement, il est immergé d'un tiers à la moitié.

L'option d'un parc éolien de camping a été envisagée plus tôt.

Une telle micro centrale hydroélectrique ne prend pas beaucoup de place et servira parfaitement les cyclistes - l'essentiel est la présence d'un ruisseau ou d'une rivière - ce qui est généralement le cas au camping. Une mini centrale hydroélectrique à vélo pourra éclairer une tente et recharger des téléphones portables ou autres gadgets.

Si une rivière ou même un petit ruisseau coule près de chez vous, vous pouvez obtenir de l'électricité gratuitement à l'aide d'une mini centrale hydroélectrique faite maison. Ce n'est peut-être pas un très gros budget de réapprovisionnement, mais la réalisation que vous avez votre propre électricité coûte beaucoup plus cher. Eh bien, si, par exemple, dans une maison de campagne, il n'y a pas d'alimentation électrique centrale, même de petites capacités électriques seront simplement nécessaires. Et donc, pour créer une centrale hydroélectrique artisanale, au moins deux conditions sont nécessaires - la présence d'une ressource en eau et le désir.

0,5 m/s - 0,03 kW,
0,7 m/s - 0,07 kW,
1 m/s - 0,14 kW,
1,5 m/s - 0,31 kW,
2 m/s - 0,55 kW,
2,5 m/s - 0,86 kW,
3 m/s -1,24 kW,
4 m/s - 2,2 kW, etc.

Pouvoir mini centrale hydroélectrique maison proportionnelle au cube du débit. Comme déjà mentionné, si le débit est insuffisant, essayez de l'augmenter artificiellement, si cela est bien sûr possible.

Types de mini-centrales hydroélectriques

Il existe plusieurs options de base pour les mini centrales hydroélectriques maison.

Roue à eau

Il s'agit d'une roue à pales montées perpendiculairement à la surface de l'eau. La roue est à moins de la moitié immergée dans le courant. L'eau appuie sur les pales et fait tourner la roue. Il existe également des roues de turbine avec des aubes spéciales optimisées pour le jet de liquide. Mais ce sont des conceptions plutôt complexes, plutôt fabriquées en usine que faites maison.

Rotor Daria

Centrale hydroélectrique de Garland

La centrale hydroélectrique est constituée de turbines légères - hydro-vingrotors, enfilées et fixées de manière rigide sous la forme d'une guirlande sur un câble jeté à travers la rivière. Une extrémité du câble est fixée dans le palier de support, l'autre extrémité fait tourner le rotor du générateur. Le câble joue dans ce cas le rôle d'une sorte d'arbre dont le mouvement de rotation est transmis au générateur. Le flux d'eau fait tourner les rotors, les rotors font tourner le câble.

Hélice

Avantages et inconvénients de divers mini systèmes hydroélectriques faits maison

désavantages centrale hydroélectrique de guirlandeévident : forte consommation de matière, danger pour autrui (long câble sous-marin, rotors cachés dans l'eau, blocage de la rivière), faible rendement. Garland HPP est une sorte de petit barrage. Il est conseillé de l'utiliser dans des endroits déserts et éloignés avec des panneaux d'avertissement appropriés. Vous devrez peut-être obtenir l'autorisation des autorités et des écologistes. La deuxième option est un petit ruisseau dans votre jardin.
Rotor Daria- difficile à calculer et à fabriquer. Au début du travail, il doit être détordu. Mais il est intéressant en ce que l'axe du rotor est situé verticalement et que la prise de force peut être effectuée au-dessus de l'eau, sans engrenage supplémentaire. Un tel rotor tournera à tout changement de sens d'écoulement - c'est un plus.

Le plus répandu à construction de centrales hydroélectriques auto-fabriquées obtenu des diagrammes d'hélice et de roue hydraulique. Étant donné que ces options sont relativement faciles à fabriquer, nécessitent des calculs minimes et sont mises en œuvre à un coût minimal, ont une efficacité élevée, sont faciles à configurer et à utiliser.

Si vous ne disposez pas d'une ressource énergétique en eau, vous pouvez créer indépendamment un parc éolien domestique.

P Un exemple de la mini centrale hydroélectrique la plus simple

La centrale hydroélectrique la plus simple peut être construite rapidement à partir d'un vélo ordinaire avec un dynamomètre pour un phare de vélo. Plusieurs lames (2-3) doivent être préparées en fer galvanisé ou en tôle d'aluminium non épaisse. Les pales doivent avoir une longueur de 2 à 4 cm de la jante au moyeu et une largeur de 2 à 4 cm.Ces pales sont installées entre les rayons de manière improvisée ou sur des supports pré-préparés.
Si vous utilisez deux lames, placez-les face à face. Si vous souhaitez ajouter plus de lames, divisez la circonférence de la roue par le nombre de lames et installez-les à intervalles réguliers. Vous pouvez expérimenter la profondeur d'immersion d'une roue avec des pales dans l'eau. Habituellement, il est immergé d'un tiers à la moitié.
L'option d'un parc éolien de camping a été envisagée plus tôt.

Une telle micro centrale hydroélectrique ne prend pas beaucoup de place et servira bien les cyclistes - l'essentiel est la présence d'un ruisseau ou d'une rivière - ce qui est généralement le cas au camping. Une mini centrale hydroélectrique à vélo pourra éclairer une tente et recharger des téléphones portables ou autres gadgets.

J'ai toujours été attiré par l'obtention d'énergie gratuite à partir de ressources naturelles. Et d'une manière ou d'une autre, j'ai eu l'idée de créer une mini centrale électrique simple qui produirait de l'électricité à partir d'un courant d'eau qui passe.

Tout est parti de l'idée d'utiliser le tambour d'une vieille machine à laver comme roue hydraulique, une centrale hydroélectrique miniature artisanale.

Des lames droites en contreplaqué résistant à l'humidité étaient fixées au tambour à l'aide de coins métalliques.

Le couple de la roue hydraulique est transmis par une courroie à une dynamo de bicyclette (générateur CC). L'électricité générée est transmise à la LED. Il suffit de tourner légèrement la roue avec la main et la LED commencera à clignoter.

La base de toute la structure est un cadre de vélo.

Deux roulements permettent à la roue hydraulique de tourner librement.

Les premiers essais sur une petite rivière ont montré que la roue à aubes sur le châssis est réglée trop haut, ce qui empêche le débit d'eau de la faire tourner normalement.
Après de petits changements dans la conception du cadre, la roue a commencé à être située plus bas et la vitesse de rotation a considérablement augmenté. En conséquence, la dynamo a commencé à tourner et la LED 4,5 V s'est allumée.

C'est ainsi qu'une centrale hydroélectrique artisanale est sortie des vieilles ordures.
De plus, l'assemblage de la mini-centrale hydroélectrique a été installé sur un petit ruisseau.

Il ne produit que quelques volts, mais ils sont suffisants pour allumer la LED.

C'était une bonne expérience pour commencer.

Amélioration supplémentaire du projet

La poursuite de l'amélioration de la roue à aubes devrait concerner :

Construire un mini-barrage pour augmenter la pression de l'eau. Dans le même temps, il n'est pas prévu de bloquer complètement la rivière pour que les poissons puissent repartir dans le second cours d'eau.
Sous le barrage, installez un tuyau par lequel l'eau s'écoulera vers une turbine de fortune. Disposez un boîtier à partir d'une bande transporteuse en caoutchouc dans le tuyau. En bloquant l'écoulement de l'eau à travers le tuyau, vous pouvez entretenir les mécanismes.
Selon les calculs, la turbine produira environ deux fois plus d'énergie que la roue hydraulique. De plus, le remplacement de la roue hydraulique par une turbine devrait éliminer le problème du gel en hiver.
Le flux d'eau fera tourner la turbine, transférant le couple au générateur. La turbine sera maintenue sur deux paliers en bois massif. Avec une lubrification régulière, ils dureront longtemps. La rondelle de butée empêchera le mécanisme de se déplacer latéralement.
Fabriquez des lames métalliques en calculant l'angle auquel elles doivent être pliées (la puissance de la centrale hydroélectrique dépend de ce paramètre). Les lames devront être vissées à l'aide de joints en caoutchouc pour éviter leur séparation.
Pour transmettre le couple, utilisez un arbre assemblé à partir de tuyaux.
Installez le générateur. Installez une poulie plus petite que celle montée sur l'arbre du générateur. Cela augmentera la vitesse, ce qui est nécessaire pour le fonctionnement efficace du générateur.

Le générateur devrait produire environ 600 watts d'électricité. Cela permettra de connecter des appareils électroménagers. Si la prochaine étape de l'expérience est réussie, il sera possible d'envisager une modernisation plus poussée afin de générer plusieurs kilowatts d'électricité.

Option numéro 1

Une mini-centrale hydroélectrique Rope Garland faite maison est une excellente solution pour obtenir de l'électricité abordable et peu coûteuse s'il y a une petite rivière avec votre lieu de résidence.

La conception d'une mini-centrale hydroélectrique à câble en guirlande est basée sur la rotation du câble dans le lit de la rivière.

Les premières conceptions d'une centrale hydroélectrique autonome la plus simple ont été mises en pratique par des artisans individuels il y a un demi-siècle. De retour dans le magazine Radio des années 50, ils ont publié des informations sur une centrale hydroélectrique de guirlande, fabriquée dans des boîtes de conserve et avec un générateur d'une voiture !

Fig. 1. Apparition d'une guirlande de câbles à faire soi-même d'une mini-centrale hydroélectrique.

Comment fabriquer soi-même une centrale hydroélectrique à guirlande de câbles?

La figure ci-dessous montre un schéma de la conception d'une mini-centrale hydroélectrique à guirlande de câbles simple avec un entraînement hydraulique à turbine-câble qui tourne à partir du débit de la rivière.

Fig. 2 Schéma et principe de fonctionnement de la mini-centrale hydroélectrique de Garland

1. Roulement, 2. Support, 3. Câble métallique, 4. Roue hydraulique (turbine),

5. Groupe électrogène, 6. Niveau supérieur de la rivière, 7. Lit de la rivière.

En tant que roues hydrauliques (rotors), dans un entraînement hydraulique par câble d'une mini-centrale hydroélectrique, vous pouvez utiliser plusieurs "roues" constituées d'une fine tôle d'environ un demi-mètre de diamètre, comme un jouet pour enfants - une hélice en une feuille de papier carrée. En tant qu'arbre flexible, il est conseillé d'utiliser un câble en acier conventionnel d'un diamètre de 10 ... 15 mm.
Des calculs approximatifs montrent qu'à partir d'une telle centrale hydroélectrique à câble, vous pouvez obtenir jusqu'à 1,5 ... 2,0 kW d'une roue hydraulique, avec un débit de rivière d'environ 2,5 mètres / s!

Si les supports 2 avec les roulements 1 et le générateur électrique 5 sont installés au fond de la rivière et que les roulements avec le générateur sont élevés au-dessus du niveau de la rivière et que toute la structure est placée le long de l'axe d'écoulement, le résultat sera pratiquement le même. Ce schéma est utilisé de manière appropriée pour les "rivières très étroites" mais avec une profondeur de plus de 0,5 mètre. L'énergie thermique dans une telle centrale hydroélectrique peut être obtenue en connectant des radiateurs électriques à un générateur électrique.

Les rotors d'une centrale hydroélectrique sont généralement situés au cœur de l'écoulement (à 0,2 profondeur de la surface en été et à 0,5 profondeur de la surface de la glace en hiver). La profondeur de la rivière sur le site d'installation de la centrale hydroélectrique ne dépasse pas 1,5 m.Avec une profondeur de rivière de plus de 1,5 m, il est tout à fait possible d'utiliser des rotors disposés en deux rangées.

L'apparition de datchas et même de fermes sur des friches éloignées du réseau électrique, la hausse galopante des prix du carburant et de l'électricité ont fait revivre les vieilles idées d'alimentation électrique autonome avec l'utilisation généralisée de l'énergie naturelle du soleil, du vent et de l'eau. Notamment un intérêt accru pour les mini- et micro-centrales hydroélectriques.

Deux de ces centrales hydroélectriques acceptables pour l'auto-construction sont : une micro-centrale hydroélectrique à faire soi-même et une mini-centrale hydroélectrique flottante sans barrage. Viennent ensuite les ouvrages dont le prototype était la centrale hydroélectrique en guirlande à écoulement libre (modèle 1964) de V. Blinov.

Dudyshev V.D.

Option numéro 2

Les centrales hydroélectriques dont il sera question sont à écoulement libre, avec une turbine plutôt originale issue des rotors dits Savonius enfilés sur un arbre de travail commun (peut-être flexible, composite). Ils ne nécessitent pas de barrages et d'autres ouvrages hydrauliques à grande échelle pour leur installation. Capable de fonctionner avec une efficacité totale même en eau peu profonde, ce qui, combiné à la simplicité, la compacité et la fiabilité de la conception, rend ces centrales hydroélectriques très prometteuses pour les agriculteurs et les jardiniers dont les parcelles sont situées à proximité de petits cours d'eau (rivières, ruisseaux et fossés).

Contrairement aux barrages, les centrales hydroélectriques à écoulement libre, comme on le sait, n'utilisent que l'énergie cinétique de l'eau qui coule. Pour déterminer la puissance, il y a une formule ici:

N=0,5*p*V3*F*n (1),

N - puissance sur l'arbre de travail (W),
- р - densité de l'eau (1000 kt/m3),
- V - vitesse d'écoulement de la rivière (m/s),
- F - section transversale de la partie active (immergée) du corps de travail de la machine hydraulique (m2),
- n - efficacité de conversion d'énergie.

Comme le montre la formule 1, à une vitesse de rivière de 1 m/s, idéalement (lorsque n = 1) une puissance égale à seulement 500 W par mètre carré de la partie active de la machine hydraulique tombe. Cette valeur est clairement faible pour un usage industriel, mais elle est tout à fait suffisante pour la ferme subsidiaire d'un agriculteur ou d'un résident d'été. De plus, elle peut être augmentée par le fonctionnement en parallèle de plusieurs "guirlandes hydrauliques".

Et encore une subtilité. La vitesse de la rivière dans ses différentes parties est différente. Par conséquent, avant de commencer la construction d'une mini centrale hydroélectrique, il est nécessaire de déterminer le potentiel énergétique de votre rivière à l'aide d'une méthode simple. On rappelle seulement que la distance parcourue par le flotteur mesureur et divisée par le temps de son passage correspondra à la vitesse moyenne d'écoulement dans cette section. Il convient également de noter que ce paramètre changera en fonction de la saison.

Par conséquent, le calcul de la conception doit être effectué en fonction de la vitesse moyenne (pour la période d'exploitation prévue de la mini-CHP) de la rivière.

Fig. 1 Rotors Savonius pour mini-centrales hydroélectriques en guirlande faites maison :

a, b - lames; 1 - transversal, 2 - fin.

Ensuite, vous devez déterminer la taille de la partie active de la machine hydraulique et son type. Étant donné que l'ensemble de la mini-centrale hydroélectrique doit être aussi simple et facile à fabriquer que possible, le type de convertisseur le plus approprié est le rotor Savonius de la conception finale. Lorsque l'on travaille en immersion totale dans l'eau, la valeur de F peut être prise égale au produit du diamètre du rotor D par sa longueur L, et n = 0,5. La fréquence de rotation f avec une précision acceptable pour la pratique est déterminée par la formule :

f=48V/3.14D (tr/min) (2).

Pour rendre la centrale hydroélectrique la plus compacte possible, la puissance indiquée dans le calcul doit être corrélée à la charge réelle, dont l'alimentation doit être assurée par une mini-centrale hydroélectrique (puisque, contrairement à une éolienne, le courant sera fourni en continu au réseau du consommateur ici). En règle générale, cette électricité est utilisée pour l'éclairage, l'alimentation de la télévision, de la radio, du réfrigérateur. Et seul ce dernier est constamment inclus dans le travail pendant la journée. Le reste des appareils électriques fonctionnent principalement le soir. Sur cette base, il convient de se concentrer sur la puissance maximale d'un "guirlande hydraulique" de l'ordre de 250-300 W, couvrant la charge de pointe avec une batterie chargée à partir d'une mini-centrale hydroélectrique.

La transmission du couple de l'arbre de travail de la centrale hydraulique à la poulie du générateur électrique est généralement réalisée à l'aide d'une transmission intermédiaire. Cependant, cet élément à proprement parler peut être exclu si le générateur utilisé dans la conception de la micro-centrale hydroélectrique a une vitesse de rotation de fonctionnement inférieure à 750 tr/min. Cependant, la communication directe doit souvent être abandonnée. Après tout, pour la grande majorité des générateurs de production nationale, la vitesse de rotation de fonctionnement au début de la "livraison" de puissance se situe entre 1500 et 3000 tr/min. Cela signifie qu'une coordination supplémentaire des arbres de la centrale hydraulique et du générateur électrique est nécessaire.

Eh bien, maintenant que la partie théorique préliminaire est terminée, examinons des conceptions spécifiques, chacune ayant ses propres mérites.

Voici, par exemple, une mini-centrale hydroélectrique semi-stationnaire à écoulement libre avec une disposition horizontale de deux rotors Savonius coaxiaux, tournés de 90 ° l'un par rapport à l'autre (pour faciliter l'auto-démarrage) et reliés de manière rigide. De plus, les pièces et composants principaux de cette centrale hydroélectrique artisanale sont en bois, le matériau de construction le plus accessible et le plus "obéissant".

La mini-centrale hydroélectrique proposée est submersible. C'est-à-dire que son cadre de support est situé en travers du cours d'eau au fond et est renforcé par des câbles étirables ou des poteaux (si, par exemple, il y a des passerelles, un quai pour bateaux, etc. à proximité). Ceci est fait afin d'éviter l'entraînement de la structure par le cours d'eau lui-même.

Fig. 2 Mini-centrale hydroélectrique submersible avec une disposition horizontale de rotors de type transversal:

1 - base de longeron (poutre 150x100, 2 pièces), 2 - traverse inférieure (planche 150x45, 2 pièces), 3 - traverse centrale (poutre 150x120, 2 pièces), 4 - contremarche (bois rond d'un diamètre de 100, 4 pcs. .), 5 longeron supérieur (planche 150x45, 2 pcs.), 6 - traverse supérieure (planche 100x40, 4 pcs.), 7 - arbre intermédiaire (acier inoxydable, tige d'un diamètre de 30), 8 - poulie, 9 - générateur de courant continu, 10 - "jars" avec un rouleau en porcelaine et un fil isolé à deux conducteurs, 11 - plaque de base (planche 200x40), 12 - poulie d'entraînement, 13 - roulement en bois assemblage (2 pièces), 14 - rotor "guirlandes hydrauliques" (D600, L1000 , 2 pièces), 15 disques (à partir de planches de 20 à 40 mm d'épaisseur renversées dans un bouclier, 3 pièces); les fixations métalliques (y compris les rallonges, les moyeux des disques extérieurs) ne sont classiquement pas représentées.

Bien entendu, la profondeur de la rivière sur le site d'installation de la mini-centrale hydroélectrique doit être inférieure à la hauteur du cadre de support. Dans le cas contraire, il est très difficile (voire impossible) d'éviter l'entrée d'eau dans le générateur électrique. Eh bien, si l'endroit où il est censé placer une mini-centrale hydroélectrique a une profondeur de plus de 1,5 m ou s'il y a un débit et un débit d'eau élevés qui varient considérablement tout au long de l'année (ce qui, soit dit en passant, est assez typique des cours d'eau alimentés par la neige), alors il est recommandé d'équiper cette conception de flotteurs . Cela facilitera également son déplacement une fois installé sur la rivière.

La charpente de support d'une mini centrale hydroélectrique est une charpente rectangulaire en bois, planches et rondins fixés avec des clous et des fils (câbles). Les parties métalliques de la structure (clous, boulons, pinces, coins, etc.) doivent être, si possible, en acier inoxydable ou autres alliages résistant à la corrosion.

Eh bien, puisque l'exploitation d'une telle mini-centrale hydroélectrique n'est souvent possible en Russie que de manière saisonnière (en raison du gel de la plupart des rivières), puis après l'expiration de l'opération, toute la structure tirée à terre est soumise à une inspection approfondie. Changer en temps voulu les éléments en bois pourris, rouillés, malgré les précautions prises, les pièces métalliques.

L'un des principaux composants de notre mini-centrale hydroélectrique est une "guirlande hydroélectrique" de deux rotors fixés rigidement (et constituant une seule unité sur l'arbre de travail). Leurs disques sont faciles à fabriquer à partir de planches de 20 à 30 mm d'épaisseur. Pour ce faire, après en avoir fait un bouclier, à l'aide d'un compas, construisez un cercle d'un diamètre de 600 mm. Après cela, chacune des planches est coupée en fonction de la courbe obtenue sur celle-ci. Après avoir assemblé les flans sur deux lattes (pour donner la rigidité requise), ils répètent tout trois fois - en fonction du nombre de disques requis.

Quant aux lames, il est conseillé de les fabriquer en tôle de toiture. Et mieux - à partir de conteneurs cylindriques en acier inoxydable (barils) de taille appropriée et coupés en deux (le long de l'axe), dans lesquels les engrais agricoles et autres matériaux agressifs sont généralement stockés et transportés. Dans les cas extrêmes, les pales peuvent également être en bois. Mais leur poids (surtout après un long séjour dans l'eau) va fortement augmenter. Et cela doit être rappelé lors de la création d'une mini-centrale hydroélectrique sur flotteurs.

Des supports de pointes sont fixés aux extrémités de la "guirlande hydroénergétique". En fait, ce sont des cylindres courts avec une large bride et une fente d'extrémité pour une clé. La bride est fixée au disque de rotor respectif avec quatre boulons.

Pour réduire les frottements, des roulements sont prévus situés sur les traverses médianes. Et comme les roulements à billes ou à rouleaux ordinaires ne conviennent pas au travail dans l'eau, ils utilisent ... des roulements en bois faits maison. La conception de chacun d'eux se compose de deux pinces et de plaques d'insertion avec un trou pour le passage du support de pointe. De plus, les coussinets intermédiaires sont positionnés de manière à ce que les fibres de bois soient ici parallèles à l'arbre. De plus, des mesures spéciales sont prises pour s'assurer que les plaques d'insertion sont fermement fixées contre les déplacements latéraux. Faites-le à l'aide de boulons de serrage.

Fig.3 Ensemble palier lisse :

1 - support de sertissage (St3, bande 50x8, 4 pcs.), 2 - traverse centrale du cadre, 3 - insert de sertissage (en bois dur, 2 pcs.), 4 insert remplaçable (en bois dur, 2 pcs.) , 5 - boulon M10 avec écrou et rondelle Grover (4 jeux), 6 - goujon M8 avec deux écrous et rondelles (2 pièces).

En tant que générateur électrique dans la micro-centrale hydroélectrique considérée, n'importe laquelle des automobiles est utilisée. Ils délivrent 12-14 V DC et se connectent facilement à la fois à la batterie et aux appareils électriques. La puissance de ces machines est d'environ 300 watts.

La conception d'une mini-centrale hydroélectrique portable avec une disposition verticale d'une "guirlande" et d'un générateur est tout à fait acceptable pour l'autoproduction. Une telle centrale hydroélectrique, selon l'auteur de l'aménagement, est la moins gourmande en matériaux. La structure de support de l'installation, qui fixe sa position dans le lit de la rivière, est une tige d'acier creuse (par exemple, à partir de sections de tuyaux). Sa longueur est choisie en fonction de la nature du fond du cours d'eau et de la vitesse du courant. De plus, telle que l'extrémité pointue de la tige, enfoncée dans le fond, garantirait la stabilité de la mini-centrale hydroélectrique et son écoulement indissociable. Il est également possible d'utiliser des vergetures supplémentaires.

Après avoir déterminé la surface active du rotor par la formule (1) et mesuré la profondeur de la rivière sur le site d'installation de la mini-centrale hydroélectrique, il est facile de calculer le diamètre des rotors Savonius utilisés ici. Pour rendre la conception simple et auto-amorçante, il est conseillé de réaliser une "guirlande hydraulique" de deux rotors reliés de manière à ce que les pales du premier soient décalées de 90° par rapport au second (selon l'axe de rotation). De plus, pour augmenter l'efficacité du travail, la structure du côté du flux venant en sens inverse est équipée d'un bouclier qui joue le rôle d'une aube directrice. Eh bien, l'arbre de travail est monté dans des paliers lisses des supports supérieur et inférieur. En principe, avec une courte durée de fonctionnement d'une mini-centrale hydroélectrique (par exemple, lors d'une randonnée), des roulements à billes de grand diamètre peuvent également être utilisés. Cependant, s'il y a du sable ou du limon dans l'eau, après chaque utilisation, ces appareils devront être lavés à l'eau claire.

Riz. 4 mini-centrales hydroélectriques à disposition verticale de rotors en bout :

1 - tige de support, 2 - ensemble de roulement inférieur, 3 - disque de guirlande hydroélectrique (3 pièces), 4 - rotor (D600, 2 pièces), 5 - ensemble de roulement supérieur, 6 - arbre de travail, 7 - transmission, 8 - générateur électrique, 9 - "jars" avec un rouleau en porcelaine et un fil isolé à deux conducteurs, 10 - une pince de montage du générateur, 11 - un guide de blindage mobile; a, b - pales : les extensions à l'extrémité supérieure de la tige de support ne sont classiquement pas représentées.

La fixation des supports à la tige est boulonnée et soudée, en fonction du poids de la «guirlande hydraulique» et de la nécessité de la démonter en plusieurs parties. L'extrémité supérieure de l'arbre de travail de la machine hydraulique est également l'arbre d'entrée du multiplicateur, qui (comme le plus simple et le plus technologique) peut être utilisé comme courroie.

Le générateur électrique est repris par une voiture. Il est facile de le fixer à la tige de support avec une pince. Et les fils eux-mêmes provenant du générateur doivent avoir une étanchéité fiable. Dans les illustrations, les proportions géométriques exactes de la transmission intermédiaire ne sont pas représentées de manière conventionnelle, car elles dépendent des paramètres du générateur particulier dont vous disposez. Eh bien, les courroies de transmission peuvent être fabriquées à partir d'une vieille caméra de voiture en la coupant en bandes de 20 mm de large, puis en les tordant en faisceaux.

Pour l'alimentation électrique des petits villages, une mini-centrale hydroélectrique en guirlande conçue par V. Blinov convient, qui n'est rien de plus qu'une chaîne de rotors Savonius en forme de tonneau d'un diamètre de 300 à 400 mm, fixés sur un câble flexible tendu à travers la rivière. Une extrémité du câble est attachée à un support articulé, et l'autre par un simple multiplicateur à l'arbre du générateur. À un débit de 1,5 à 2,0 m/s, la chaîne de rotors atteint 90 tr/min. Et la petite taille des éléments de la « guirlande hydroélectrique » permet de faire fonctionner cette micro-centrale hydroélectrique sur des rivières d'une profondeur inférieure à un mètre.

Il faut dire qu'avant 1964, V. Blinov a réussi à créer plusieurs mini-centrales hydroélectriques portables et fixes de sa conception, dont la plus grande était une centrale hydroélectrique construite près du village de Porozhki (région de Tver). Une paire de guirlandes alimentait ici deux générateurs autotracteurs standard d'une puissance totale de 3,5 kW.

MK 10 1997 I.Dokunine

Option numéro 3

Centrale hydroélectrique (HPP) artisanale sur une petite rivière sans barrage.

On sait que l'électricité est générée par un générateur dont l'arbre fait tourner le moteur. Le moteur HPP a une conception simple : des crémaillères à deux vilebrequins A et B sont fixées sur un châssis en rondins (voir Fig. 3).

Chaque arbre a trois coudes dont les angles sont égaux à 120°. Les vilebrequins sont reliés par des bielles auxquelles sont fixées les pales. Sur la figure 1, vous pouvez voir qu'au moment où toutes les pales de la tige B sont en bas, elles sont immergées dans l'eau et, sous sa pression, reculent (vers la droite). Les pales déplacent la tige et la tige, à son tour, fait tourner les vilebrequins. Dès que les genoux reliés par cette barre commencent à se lever, les lames de la barre G sont immergées dans l'eau et commencent déjà à fonctionner. Ensuite, les lames de la barre D commenceront à fonctionner.A ce moment, les lames de la première barre B passeront sur la surface de l'eau et redescendront dans l'eau. C'est ainsi que fonctionnera le moteur de la centrale électrique de Login.

Si vous placez une poulie à l'extrémité de l'un des vilebrequins et que vous la connectez avec une transmission par courroie à la poulie du générateur CC, le générateur commencera à produire de l'électricité. Et si vous attachez une bielle à la poulie d'entraînement et que vous la connectez à la pompe, le moteur pompera l'eau vers le site de l'école, vers votre jardin.

La puissance du moteur dépend non seulement de la vitesse d'écoulement de l'eau, mais également du nombre et de la surface des pales, c'est-à-dire des dimensions géométriques du moteur lui-même. Et il peut être fait de n'importe quelle taille, respectivement, augmentant ou diminuant proportionnellement la taille de ses parties.

Riz. 1 Les dimensions principales des parties d'une mini centrale hydroélectrique sans barrage.

Nous donnons des dessins d'un moteur qui, à un débit d'eau de 0,8 à 1 mètre par seconde, fera tourner un générateur à partir d'une voiture. La tension générée par le générateur est de 12 V et la puissance peut atteindre 150 watts.

Fig. 2 Les principaux composants d'une centrale hydroélectrique artisanale sans barrage.

Avant de commencer à construire une centrale électrique, dans un atelier ou dans un magasin qui vend des pièces détachées pour voitures, procurez-vous un générateur. Préparez les matériaux : planches, bûches de petit diamètre, fil d'acier, attaches. Sélectionnez l'emplacement où la centrale électrique sera située. Il est souhaitable que ce soit une section droite de la rivière. Ici, il est nécessaire de déterminer la vitesse du courant. C'est fait comme ça. Sur la section sélectionnée de 15 à 20 mètres de long, marquez deux alignements transversaux. Après cela, à l'aide d'un petit flotteur, tel que des copeaux de bois, déterminez la vitesse du débit d'eau. Le flotteur doit être jeté dans l'eau un peu plus haut que l'alignement supérieur et, à la suite, compter le temps que le flotteur est passé de l'alignement supérieur à celui du bas à l'aide d'un chronomètre. Il est nécessaire d'effectuer 10 à 15 mesures de ce type, en jetant le flotteur plus loin ou plus près du rivage et, sur la base des résultats des mesures, de calculer la vitesse moyenne de la rivière. S'il se situe entre 0,8 et 1 m / s, n'hésitez pas à poursuivre la construction.

Fig.3. Vilebrequins d'une mini centrale hydroélectrique sans barrage.

Comment réaliser les parties les plus complexes d'une mini centrale hydroélectrique sans barrage. Vilebrequin mini ges sans barrage.

Il peut être fabriqué à partir d'une barre d'acier solide d'un diamètre de 16 à 20 mm. Mais il est plus facile de le faire préfabriqué (Fig. 3). Tout d'abord, coupez de la tige les ébauches des pièces 1, 2, 3 et 4. Faites les joues des genoux à partir d'une bande d'acier de 5 mm d'épaisseur. Sciez des carrés aux extrémités des tiges et des trous carrés dans les joues. Après avoir connecté les pièces, les carrés sont rivetés. Vous devez d'abord assembler les pièces du vilebrequin "a" et "b" (voir Fig. 3). Ensuite, vous devez marquer et découper les carrés aux extrémités libres des tiges 2 et 3 afin que le genou du milieu (après assemblage) soit situé à un angle de 120 ° par rapport aux extrêmes.

Barres à pales d'une mini centrale hydroélectrique sans barrage.

Dispositif de transmission d'une mini-centrale hydroélectrique sans barrage.

Le vilebrequin, et donc la poulie motrice, tourneront à une vitesse d'environ un tour toutes les deux secondes. Le générateur peut produire du courant électrique à 1000-1500 tr/min. Pour obtenir ce nombre de tours sur le générateur, vous avez besoin d'une transmission à partir de poulies de différents diamètres (voir. Fig.).

Les poulies à gorge sont en contreplaqué de 5 mm d'épaisseur. Pour chaque poulie, cinq cercles doivent être coupés. Ils sont renversés avec des clous ou serrés avec des vis. La poulie motrice, solidement fixée à l'extrémité du vilebrequin, doit avoir un diamètre d'au moins 700 mm. Deux intermédiaires sont cloués l'un à l'autre et posés librement sur l'essieu. Ils doivent tourner facilement sur cet axe. Si la vitesse de rotation de la poulie motrice est de 30 tr/min, le diamètre de la petite poulie intermédiaire peut être pris égal à 140 mm et le grand à 600 mm. Ensuite la poulie d'alternateur (diamètre 60 mm) va tourner à une vitesse de 1500 tr/min. A d'autres vitesses de la poulie motrice, les diamètres des poulies intermédiaires seront différents. Le professeur de travail vous aidera à calculer leurs tailles.

Courroies d'entraînement d'une mini-centrale hydroélectrique sans barrage.

Les poulies de transmission sont reliées par des courroies d'entraînement. Pour vous assurer que les courroies sont toujours bien tendues, fabriquez-les à partir d'un élastique. Coupez la vieille caméra de voiture en longues bandes. Tordez chaque ruban en un paquet, collez les extrémités avec de la colle à caoutchouc et attachez fermement avec de la ficelle.

Aménagement d'une mini-centrale hydroélectrique sans barrage.

Après avoir assemblé le mécanisme, vérifiez si les tiges tournent librement. En tournant la poulie motrice à la main, notez laquelle des bielles empêche la rotation des vilebrequins. Après cela, retirez la barre et agrandissez l'un des trous pour le cou du genou afin qu'il devienne un peu oblong.

V. Kivonosov, V. Slashchilina

Option numéro 4

Sur la plupart des cours d'eau, il est possible de construire de petites centrales hydroélectriques (CHE) peu coûteuses et sans barrage. La puissance de telles centrales est faible, mais suffisante pour électrifier une maison et même un petit village.

Sur les rivières avec un débit de 0,8 mètre par seconde ou plus, un nouveau type de moteur hydraulique sans barrage peut être installé. Le principe de fonctionnement de ce moteur ressort clairement des dessins et schémas joints.

Sous la pression de l'eau, les pales déplacent les tiges dont le mouvement fait tourner la manivelle. Une poulie repose sur son arbre.

La rotation de la poulie est transmise au générateur. La puissance du moteur dépend de la vitesse d'écoulement de l'eau.

Aux endroits où la vitesse du courant est faible, il est nécessaire de rétrécir le lit de la rivière. La conception d'un moteur hydraulique, par exemple de 3,5 kilowatts, est si simple qu'elle peut être réalisée dans n'importe quel club scolaire ou atelier.

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