Minicentrali idroelettriche per una casa privata, dacia. Centrale idroelettrica fai-da-te su un terreno personale

Una fonte di elettricità indipendente in un palazzo di campagna è la prima necessità. Il mercato degli elettrodomestici offre una vasta gamma di generatori di corrente elettrica di vario design: gas, inverter, benzina, diesel. Tra questi, i generatori di energia idrica occupano un posto speciale per i loro vantaggi e risparmi nel consumo di carburante. La generazione di elettricità da fonti naturali è il modo più ecologico ed economico per produrre una risorsa energetica.

Ambito e caratteristiche del dispositivo

Varie applicazioni

Questi dispositivi idraulici possono essere utilizzati per diverse esigenze domestiche ed economiche:

In agricoltura;
Campus di geologi;
Nel trasporto fluviale;
nei centri ricreativi;
Nell'industria mineraria;
Nelle aree suburbane e suburbane.

Per convertire vari tipi di energia in energia elettrica. Il dispositivo è semplice: il motore, il generatore stesso e l'alloggiamento.

Guardiamo il video, la portata dei gruppi elettrogeni e i loro tipi:

A seconda del tipo di centrale elettrica, i generatori si dividono in:

Ci sono anche acqua e generatori solari. Il generatore elettrico ad acqua si differenzia dal diesel o dalla benzina per una maggiore efficienza di funzionamento e un'assoluta compatibilità ambientale. Se un fiume o un ruscello scorre vicino a una casa di campagna, l'importo della spesa per la manutenzione della stazione è zero.

Principio di funzionamento

La produzione di energia mediante la rotazione di un elemento strutturale è stata utilizzata per molto tempo, basti pensare ai mulini ad acqua. Un generatore d'acqua per la produzione di energia elettrica si discosta poco dai vecchi infissi.

Guarda il video, il meccanismo di lavoro più semplice:

È necessario collegare il tubo flessibile del dispositivo a una fonte d'acqua (ruscello, rubinetto, serbatoio della doccia) e la rotazione delle pale delle ruote sotto la pressione dell'acqua trasferirà energia al generatore stesso. A sua volta, il generatore elaborerà l'energia ricevuta in una corrente della frequenza appropriata (CA o CC).

Tipi di idrogeneratori

I prodotti industriali differiscono in termini di potenza. Per esigenze domestiche vengono utilizzati impianti idraulici di bassa potenza (10-100 kW) con posizione verticale dell'asse di rotazione del rotore, operanti sulla base di piccoli corsi d'acqua. Per le esigenze dell'industria, i dispositivi sono progettati con un movimento di rotazione orizzontale dell'asse.

Ruota d'acqua

Per gli usi domestici viene utilizzata una minicentrale idroelettrica di tipo senza diga, che si divide in 4 tipologie:

Ruota d'acqua;
Centrale idroelettrica di Garland;
rotore Daria;
Elica.

La ruota idraulica è un elemento rotante con lame, che si installa perpendicolarmente al movimento dell'acqua, immergendone la metà o poco meno. Mediante la pressione dell'acqua sulle lame si crea la rotazione della ruota e la trasformazione dell'energia.

Il design di una ghirlanda per un generatore d'acqua è un cavo con rotori fissi, lanciato dall'uno all'altro lato del fiume. Un'estremità del cavo è fissata al generatore e l'altra estremità è fissata con un cuscinetto. I rotori immersi nell'acqua iniziano a ruotare sotto la pressione del flusso, provocando la rotazione del cavo. Di conseguenza, viene generata elettricità.

Rotore Daria

Il rotore Darrieus è un elemento rotante verticale azionato da pressioni variabili sulle pale di un design complesso. È il flusso attorno a una superficie complessa che crea una caduta di pressione.

Il generatore ad elica dell'acqua ricorda un "mulino a vento" dotato di un rotore, ma installato sott'acqua. La larghezza delle lame (2 cm) ha le dimensioni necessarie per creare la massima velocità di rotazione con il minimo carico di trascinamento. Tuttavia, le dimensioni delle pale devono essere selezionate in base al flusso del flusso d'acqua, le loro prestazioni possono variare.

Gli impianti idraulici e le ruote a elica si sono diffusi nella vita di tutti i giorni. Il vantaggio di questi dispositivi è l'elevata efficienza a un costo minimo.

Panoramica del Prodotto

I produttori realizzano minicentrali idroelettriche ad uso domestico per la generazione di corrente a frequenza costante e variabile nelle versioni trifase e monofase. Per generare elettricità è necessaria una piccola pressione dell'acqua - fino a 12 l / s. Di norma, questi impianti idroelettrici sono utilizzati in luoghi con il flusso di piccoli fiumi o in aree con una cascata naturale/artificiale, nonché con una diga costruita.

Mini generatore Ct-02 (Cina)

Potenza - 5 kW;
Corrente generata - 50 Hz;
Velocità di rotazione - 30-3000 giri/min;
La corrente è variabile.

I prodotti possono essere acquistati nell'ambito dell'ordine, indicando i parametri necessari. Il prezzo di partenza è di 30.000 rubli.

Mini generatore per la casa xj13 (Cina)

Potenza - 8,5 kW;
Corrente generata - 50 Hz;
Velocità di rotazione - 145-1920 giri/min;
La corrente è variabile.

Questo modello di installazione orizzontale ha i suoi vantaggi, leggerezza e piccoli volumi. Il dispositivo può essere facilmente installato in giardino. Prezzo - da 16.000 rubli.

Idrogeneratore GPL

Idrogeneratore GPL

Potenza - 5 kW;
Corrente generata - 50 Hz;
Velocità di rotazione - 500 giri/min;
La corrente è variabile.

Questo sistema idraulico con un approvvigionamento idrico orizzontale fornirà corrente alle fattorie domestiche o a una casa di campagna. L'acquisto di un generatore di corrente elettrica per l'acqua costerà 49.596 rubli.

Come realizzare da soli una centrale idroelettrica

Creare un generatore di energia idrica con le tue mani è un processo affascinante. Può essere progettato sulla base di un generatore di biciclette convenzionale. Innanzitutto, dovresti determinare la velocità del flusso d'acqua usando un cronometro. Se la velocità è insufficiente, dovrai creare un dislivello, ad esempio installando un tubo di scarico.

Guarda il video, fallo passo dopo passo con le tue mani:

Devi tagliare diverse lame larghe 2-4 cm da un foglio di alluminio La lunghezza delle lame deve corrispondere al diametro della ruota della bicicletta (dal cerchio al mozzo). Quindi le lame vengono installate tra i raggi e fissate con una pinza. La ruota è immersa nell'acqua per un terzo. Un'ottima opzione per generare elettricità durante un'escursione per accendere una tenda e caricare i telefoni.

La scelta di un generatore elettrico

Potenza

Per la fornitura costante di energia a una casa di campagna privata, è sufficiente una potenza di 20-30 kW.
Per determinare con precisione la potenza richiesta, è necessario sommare il consumo energetico di tutti gli elettrodomestici e aggiungere lampade di illuminazione.
Va tenuto presente che un altro 20 percento deve essere aggiunto alla quantità totale di potenza dall'alto, tenendo conto delle correnti di avviamento.
Se stai lavorando con apparecchi elettrici per scopi di costruzione, la quantità di potenza richiesta dovrebbe essere tre volte superiore (fino a 100 kW).

Prezzi e produttori

Il mercato delle merci è fornito da diversi fornitori e aziende manifatturiere. Il fattore prezzo si forma a seconda della promozione del marchio. Di recente, i produttori cinesi si sono dimostrati validi. Una combinazione favorevole di qualità e prezzo merita attenzione.

Se un fiume o anche un piccolo ruscello scorre vicino a casa tua, con l'aiuto di una mini centrale idroelettrica fatta in casa puoi ottenere elettricità gratuita. Potrebbe non essere un rifornimento di budget molto elevato, ma rendersi conto di avere la propria elettricità è molto più costoso. Ebbene, se, ad esempio, nel paese non esiste un'alimentazione elettrica centrale, saranno semplicemente necessarie anche piccole capacità di alimentazione. E quindi, per creare una centrale idroelettrica fatta in casa, sono necessarie almeno due condizioni: la presenza di una risorsa idrica e il desiderio.

Se sono presenti entrambi, la prima cosa da fare è misurare la portata del fiume. È molto semplice farlo: getta un ramoscello nel fiume e misura il tempo durante il quale nuota per 10 metri. Dividendo i metri per i secondi, ottieni la velocità della corrente in m/s. Se la velocità è inferiore a 1 m / s, una mini centrale idroelettrica produttiva non funzionerà. In questo caso, puoi provare ad aumentare la portata restringendo artificialmente il canale o realizzando una piccola diga se hai a che fare con un piccolo ruscello.

A titolo indicativo, è possibile utilizzare il rapporto tra la velocità del flusso in m/s e la potenza dell'elettricità prelevata dall'albero di trasmissione in kW (diametro dell'elica 1 metro). Questi sono dati sperimentali, in realtà la potenza ricevuta dipende da molti fattori, ma si presta alla valutazione. Così:

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, ecc.

La potenza di una mini centrale idroelettrica fatta in casa è proporzionale al cubo della portata. Come già accennato, se la portata è insufficiente, provare ad aumentarla artificialmente, se questo è ovviamente possibile.

Tipi di mini centrali idroelettriche

Ci sono diverse opzioni di base per mini centrali idroelettriche fatte in casa.

Questa è una ruota con lame montate perpendicolarmente alla superficie dell'acqua. La ruota è immersa per meno della metà nel ruscello. L'acqua preme sulle lame e fa girare la ruota. Sono inoltre presenti giranti con pale speciali ottimizzate per il getto di liquido. Ma questi sono progetti piuttosto complessi, piuttosto fabbricati in fabbrica che fatti in casa.

È un rotore ad asse verticale utilizzato per generare energia elettrica. Un rotore verticale che ruota a causa della differenza di pressione sulle sue pale. La differenza di pressione viene creata a causa del flusso del fluido attorno a superfici complesse. L'effetto è simile al sollevamento di un aliscafo o al sollevamento di un'ala di aeroplano. Questo progetto è stato brevettato da Georges Jean-Marie Darier, un ingegnere aeronautico francese, nel 1931. Viene spesso utilizzato anche nella costruzione di turbine eoliche.

ghirlanda la centrale idroelettrica è costituita da turbine leggere - gidrovingrotors, tese e rigidamente fissate a forma di ghirlanda su un cavo lanciato attraverso il fiume. Un'estremità del cavo è fissata nel cuscinetto di supporto, l'altra estremità ruota il rotore del generatore. Il cavo in questo caso svolge il ruolo di una specie di albero, il cui movimento rotatorio viene trasmesso al generatore. Il flusso d'acqua fa ruotare i rotori, i rotori ruotano il cavo.

Anche preso in prestito dai progetti dei parchi eolici, un tale "mulino a vento sottomarino" con un rotore verticale. A differenza di un'elica ad aria, un'elica subacquea ha pale di larghezza minima. Per l'acqua è sufficiente una larghezza della lama di soli 2 cm, con questa larghezza si avrà una resistenza minima e una velocità di rotazione massima. Questa larghezza delle pale è stata scelta per una velocità di flusso di 0,8-2 metri al secondo. Ad alte velocità, altre dimensioni possono essere ottimali. L'elica non si muove a causa della pressione dell'acqua, ma per il verificarsi del sollevamento. Proprio come l'ala di un aeroplano. Le pale dell'elica si muovono attraverso il flusso anziché essere trasportate dal flusso nella direzione del flusso.

Vantaggi e svantaggi di vari mini sistemi idroelettrici fatti in casa

Gli svantaggi di una centrale idroelettrica a corde sono evidenti: elevato consumo di materiale, pericolo per gli altri (un lungo cavo sottomarino, rotori nascosti nell'acqua, blocco del fiume), bassa efficienza. Garland HPP è una specie di piccola diga. Si consiglia l'uso in luoghi deserti e remoti con adeguati segnali di avvertimento. Potrebbe essere necessario il permesso delle autorità e degli ambientalisti. La seconda opzione è un piccolo ruscello nel tuo giardino.

Rotore Daria - difficile da calcolare e produrre. All'inizio del lavoro, deve essere sciolto. Ma è interessante in quanto l'asse del rotore è posizionato verticalmente e la presa di forza può essere realizzata sopra l'acqua, senza ingranaggi aggiuntivi. Un tale rotore ruoterà con qualsiasi cambiamento nella direzione del flusso: questo è un vantaggio.

I più diffusi nella costruzione di centrali idroelettriche fatte in casa erano gli schemi dell'elica e della ruota idraulica. Poiché queste opzioni sono relativamente semplici da produrre, richiedono calcoli minimi e sono implementate a costi minimi, hanno un'elevata efficienza, sono facili da configurare e utilizzare.

Un esempio della più semplice minicentrale idroelettrica

Se stai usando due lame, posizionale una di fronte all'altra. Se si desidera aggiungere più lame, dividere la circonferenza della ruota per il numero di lame e installarle a intervalli regolari. Puoi sperimentare la profondità di immersione di una ruota con lame in acqua. Di solito è immerso da un terzo alla metà.

L'opzione di un parco eolico da campeggio è stata presa in considerazione in precedenza.

Una tale microcentrale idroelettrica non occupa molto spazio e servirà perfettamente i ciclisti - l'importante è la presenza di un ruscello o di un fiume - come di solito accade al campeggio. Una mini centrale idroelettrica da una bicicletta sarà in grado di accendere una tenda e caricare telefoni cellulari o altri gadget.

Se un fiume o anche un piccolo ruscello scorre vicino a casa tua, con l'aiuto di una mini centrale idroelettrica fatta in casa puoi ottenere elettricità gratuita. Potrebbe non essere una ricostituzione del budget molto grande, ma rendersi conto di avere la propria elettricità costa molto di più. Ebbene, se, ad esempio, in una casa di campagna non è presente un'alimentazione elettrica centrale, saranno semplicemente necessarie anche piccole capacità di alimentazione. E quindi, per creare una centrale idroelettrica fatta in casa, sono necessarie almeno due condizioni: la presenza di una risorsa idrica e il desiderio.

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, ecc.

Potenza mini centrale idroelettrica fatta in casa proporzionale al cubo della portata. Come già accennato, se la portata è insufficiente, provare ad aumentarla artificialmente, se questo è ovviamente possibile.

Tipi di mini centrali idroelettriche

Ci sono diverse opzioni di base per mini centrali idroelettriche fatte in casa.

Ruota d'acqua

Questa è una ruota con lame montate perpendicolarmente alla superficie dell'acqua. La ruota è immersa per meno della metà nel ruscello. L'acqua preme sulle lame e fa girare la ruota. Sono inoltre presenti giranti con pale speciali ottimizzate per il getto di liquido. Ma questi sono progetti piuttosto complessi, piuttosto fabbricati in fabbrica che fatti in casa.

Rotore Daria

Centrale idroelettrica di Garland

La centrale idroelettrica è costituita da turbine leggere - idroelettrici, tese e fissate rigidamente a forma di ghirlanda su un cavo lanciato attraverso il fiume. Un'estremità del cavo è fissata nel cuscinetto di supporto, l'altra estremità ruota il rotore del generatore. Il cavo in questo caso svolge il ruolo di una specie di albero, il cui movimento rotatorio viene trasmesso al generatore. Il flusso d'acqua fa ruotare i rotori, i rotori ruotano il cavo.

Elica

Vantaggi e svantaggi di vari mini sistemi idroelettrici fatti in casa

Screpolatura centrale idroelettrica ghirlanda ovvio: elevato consumo di materiale, pericolo per gli altri (lungo cavo sottomarino, rotori nascosti nell'acqua, blocco del fiume), bassa efficienza. Garland HPP è una specie di piccola diga. Si consiglia l'uso in luoghi deserti e remoti con adeguati segnali di avvertimento. Potrebbe essere necessario il permesso delle autorità e degli ambientalisti. La seconda opzione è un piccolo ruscello nel tuo giardino.
Rotore Daria- difficile da calcolare e produrre. All'inizio del lavoro, deve essere sciolto. Ma è interessante in quanto l'asse del rotore è posizionato verticalmente e la presa di forza può essere realizzata sopra l'acqua, senza ingranaggi aggiuntivi. Un tale rotore ruoterà con qualsiasi cambiamento nella direzione del flusso: questo è un vantaggio.

Più diffuso a realizzazione di centrali idroelettriche autocostruite ho i diagrammi dell'elica e della ruota idraulica. Poiché queste opzioni sono relativamente semplici da produrre, richiedono calcoli minimi e sono implementate a costi minimi, hanno un'elevata efficienza, sono facili da configurare e utilizzare.

Se non disponi di una risorsa energetica idrica, puoi realizzare autonomamente un parco eolico domestico.

P Un esempio della più semplice mini centrale idroelettrica

La più semplice centrale idroelettrica può essere costruita rapidamente da una normale bicicletta con un dinamometro per un faro di bicicletta. Più lame (2-3) devono essere preparate in ferro zincato o in lamiera di alluminio non di grosso spessore. Le lame devono essere lunghe 2-4 cm dal cerchione al mozzo e larghe 2-4 cm Queste lame vengono installate tra i raggi in qualsiasi modo improvvisato o supporti pre-preparati.
Se stai usando due lame, posizionale una di fronte all'altra. Se si desidera aggiungere più lame, dividere la circonferenza della ruota per il numero di lame e installarle a intervalli regolari. Puoi sperimentare la profondità di immersione di una ruota con lame in acqua. Di solito è immerso da un terzo alla metà.
L'opzione di un parco eolico da campeggio è stata presa in considerazione in precedenza.

Una tale microcentrale idroelettrica non occupa molto spazio e servirà bene i ciclisti - l'importante è la presenza di un ruscello o di un fiume - come di solito accade al campeggio. Una mini centrale idroelettrica da una bicicletta sarà in grado di accendere una tenda e caricare telefoni cellulari o altri gadget.

Sono sempre stato attratto dall'ottenere energia gratuita dalle risorse naturali. E in qualche modo ho avuto l'idea di realizzare una semplice mini centrale elettrica in grado di generare elettricità da un flusso d'acqua che passa.

Tutto è iniziato con l'idea di utilizzare il tamburo di una vecchia lavatrice come ruota idraulica, una centrale idroelettrica in miniatura fatta in casa.

Lame dritte in compensato resistente all'umidità sono state fissate al tamburo mediante angoli di metallo.

La coppia dalla ruota idraulica viene trasmessa da una cinghia a una dinamo per bicicletta (generatore CC). L'elettricità generata viene alimentata al LED. Basta girare leggermente la ruota con la mano e il LED inizierà a lampeggiare.

La base dell'intera struttura è il telaio di una bicicletta.

Due cuscinetti consentono alla ruota idraulica di girare liberamente.

I primi test su un piccolo fiume hanno mostrato che la ruota idraulica sul telaio è impostata troppo in alto, il che impedisce al flusso d'acqua di girare normalmente.
Dopo piccole modifiche al design del telaio, la ruota iniziò a essere posizionata più in basso e la velocità di rotazione aumentò notevolmente. Di conseguenza, la dinamo ha iniziato a ruotare e il LED da 4,5 V si è acceso.

Così è nata una centrale idroelettrica fatta in casa dalla vecchia spazzatura.
Inoltre, il gruppo della mini centrale idroelettrica è stato installato su un piccolo ruscello.

Produce solo pochi volt, ma sono sufficienti per accendere il led.

È stato un buon esperimento per cominciare.

Ulteriore miglioramento del progetto

Un ulteriore miglioramento della ruota idraulica dovrebbe interessare:

Costruisci una mini-diga per aumentare la pressione dell'acqua. Allo stesso tempo, non è previsto il blocco completo del fiume in modo che i pesci possano uscire nel secondo corso d'acqua.
Sotto la diga, installa un tubo attraverso il quale scorrerà l'acqua verso una turbina improvvisata. Disporre un rivestimento da un nastro trasportatore di gomma nel tubo. Bloccando il flusso dell'acqua attraverso il tubo, è possibile eseguire la manutenzione dei meccanismi.
Secondo i calcoli, la turbina produrrà circa il doppio della potenza della ruota idraulica. Inoltre, la sostituzione della ruota idraulica con una turbina dovrebbe eliminare il problema del gelo in inverno.
Il flusso d'acqua farà girare la turbina, trasferendo la coppia al generatore. La turbina sarà tenuta su due cuscinetti in legno massello. Con una lubrificazione regolare, dureranno a lungo. La rondella di spinta manterrà il meccanismo dallo spostamento laterale.
Realizza lame di metallo, calcolando l'angolo con cui devono essere piegate (la potenza della centrale idroelettrica dipende da questo parametro). Le lame dovranno essere avvitate utilizzando guarnizioni in gomma per evitarne la separazione.
Per trasmettere la coppia, utilizzare un albero assemblato da tubi.
Installa il generatore. Installare una puleggia più piccola di quella montata sull'albero sul generatore. Ciò aumenterà la velocità, necessaria per il funzionamento efficiente del generatore.

Il generatore dovrebbe produrre circa 600 watt di elettricità. Ciò consentirà di collegare gli elettrodomestici. Se la fase successiva dell'esperimento avrà successo, sarà possibile pensare a un'ulteriore modernizzazione per generare diversi kilowatt di elettricità.

Opzione numero 1

Una mini-centrale idroelettrica Rope Garland fatta in casa è un'ottima soluzione per ottenere elettricità conveniente ed economica se c'è un piccolo fiume con il tuo luogo di residenza.

Il progetto di una mini-centrale idroelettrica a ghirlanda di cavi si basa sulla rotazione del cavo nell'alveo del fiume.

I primi progetti di una più semplice centrale idroelettrica autonoma sono stati messi in pratica da singoli artigiani mezzo secolo fa. Tornati sulla rivista Radio per gli anni '50, hanno stampato le informazioni su una centrale idroelettrica a ghirlanda, realizzata in barattoli di latta e con un generatore di un'auto!

Fig. 1. Aspetto di una ghirlanda di cavi fai-da-te di una mini centrale idroelettrica.

Come realizzare una centrale idroelettrica con ghirlande di cavi con le tue mani?

La figura seguente mostra uno schema del progetto di una minicentrale idroelettrica a ghirlanda di funi semplice con un azionamento idraulico a fune di turbina che ruota dal flusso del fiume.

Fig. 2 Schema e principio di funzionamento della minicentrale idroelettrica di Garland

1. Cuscinetto, 2. Supporto, 3. Cavo metallico, 4. Ruota idraulica (turbina),

5. Generatore di corrente, 6. Livello superiore del fiume, 7. Alveo.

Come ruote idrauliche (rotori), in un azionamento idraulico a cavo di una mini-centrale idroelettrica, è possibile utilizzare diverse "girante" realizzate con una sottile lamiera di metallo con un diametro di circa mezzo metro, come un giocattolo per bambini: un'elica realizzata di un foglio quadrato. Come albero flessibile, si consiglia di utilizzare un cavo d'acciaio convenzionale con un diametro di 10 ... 15 mm.
Calcoli approssimativi mostrano che da una centrale idroelettrica di questo tipo è possibile ottenere fino a 1,5 ... 2,0 kW da una ruota idraulica, con un flusso del fiume di circa 2,5 metri / sec!

Se i supporti 2 con i cuscinetti 1 e il generatore elettrico 5 sono installati sul fondo del fiume e i cuscinetti con il generatore sono sollevati sopra il livello del fiume e l'intera struttura è posizionata lungo l'asse del flusso, il risultato sarà praticamente il stesso. Questo schema è convenientemente utilizzato per fiumi molto "stretti" ma con una profondità superiore a 0,5 metri. L'energia termica in una tale centrale idroelettrica può essere ottenuta collegando riscaldatori elettrici a un generatore elettrico.

I rotori di una centrale idroelettrica si trovano solitamente nel cuore del flusso (a 0,2 profondità dalla superficie in estate ea 0,5 profondità dalla superficie del ghiaccio in inverno). La profondità del fiume nel sito di installazione della centrale idroelettrica non supera 1,5 m Con una profondità del fiume superiore a 1,5 m, è del tutto possibile utilizzare rotori disposti su due file.

L'emergere di dacie e persino fattorie su terreni incolti lontani dalla rete elettrica, l'aumento galoppante dei prezzi del carburante e dell'elettricità hanno riportato in vita le vecchie idee di alimentazione autonoma con l'uso diffuso dell'energia naturale proveniente dal sole, dal vento e dall'acqua. Compreso un maggiore interesse per le centrali mini e micro idroelettriche.

Due di queste centrali idroelettriche accettabili per l'autocostruzione sono: una microcentrale idroelettrica fai-da-te e una minicentrale idroelettrica galleggiante senza dighe. Le prossime in linea sono le strutture, il cui prototipo era la centrale idroelettrica a margherita a flusso libero (modello del 1964) di V. Blinov.

Dudyshev V.D.

Opzione numero 2

Le centrali idroelettriche di cui parleremo sono a flusso libero, con una turbina piuttosto originale dei cosiddetti rotori di Savonius infilata su un comune albero di lavoro (forse flessibile, composito). Non richiedono dighe e altre strutture idrauliche di grandi dimensioni per la loro installazione. In grado di lavorare con piena efficienza anche in acque poco profonde, che, unite alla semplicità, compattezza e affidabilità del progetto, rendono queste centrali idroelettriche molto promettenti per quegli agricoltori e giardinieri i cui appezzamenti di terreno si trovano in prossimità di piccoli corsi d'acqua (fiumi, torrenti e fossati).

A differenza delle dighe, le centrali idroelettriche a flusso libero, come è noto, utilizzano solo l'energia cinetica dell'acqua corrente. Per determinare la potenza, c'è una formula qui:

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

N - potenza sull'albero di lavoro (W),
- ð - densità dell'acqua (1000 kt/m3),
- V - velocità del flusso del fiume (m/s),
- F - area della sezione trasversale della parte attiva (immersione) del corpo di lavoro della macchina idraulica (m2),
- n - efficienza di conversione energetica.

Come si evince dalla formula 1, ad una velocità del fiume di 1 m/s, idealmente (quando n = 1) cade una potenza pari a soli 500 W per metro quadrato della parte attiva della macchina idraulica. Questo valore è chiaramente piccolo per uso industriale, ma è abbastanza sufficiente per la fattoria sussidiaria di un agricoltore o residente estivo. Inoltre, può essere accresciuto dal funzionamento in parallelo di più "ghirlande idrauliche".

E un'altra sottigliezza. La velocità del fiume nelle sue diverse parti è diversa. Pertanto, prima di iniziare la costruzione di una mini centrale idroelettrica, è necessario determinare il potenziale energetico del proprio fiume utilizzando un metodo semplice. Ricordiamo solo che la distanza percorsa dal galleggiante di misura e divisa per il tempo del suo passaggio corrisponderà alla velocità media del flusso in questa sezione. Va inoltre notato che questo parametro cambierà a seconda della stagione.

Pertanto, il calcolo del progetto dovrebbe essere effettuato, guidato dalla velocità media (per il periodo di funzionamento pianificato del mini-HPP) del fiume.

Fig. 1 Rotori Savonius per mini-centrali idroelettriche a margherita fatte in casa:

a, b - lame; 1 - trasversale, 2 - fine.

Successivamente, è necessario determinare la dimensione della parte attiva della macchina idraulica e il suo tipo. Poiché l'intera minicentrale idroelettrica dovrebbe essere il più semplice e facile da realizzare possibile, il tipo di convertitore più adatto è il rotore Savonius del progetto finale. Quando si lavora con immersione completa in acqua, il valore di F può essere preso uguale al prodotto del diametro del rotore D e della sua lunghezza L, e n=0,5. La frequenza di rotazione f con una precisione accettabile per la pratica è determinata dalla formula:

f=48V/3.14D (rpm) (2).

Per rendere la centrale idroelettrica il più compatta possibile, la potenza indicata nel calcolo deve essere correlata al carico reale, la cui alimentazione dovrebbe essere fornita da una minicentrale idroelettrica (poiché, a differenza di un aerogeneratore, la corrente sarà fornito continuamente alla rete del consumatore qui). Di norma, questa elettricità viene utilizzata per l'illuminazione, l'alimentazione di TV, radio, frigorifero. E solo quest'ultimo è costantemente incluso nel lavoro durante il giorno. Il resto degli elettrodomestici funziona principalmente la sera. Sulla base di ciò, è consigliabile puntare sulla potenza massima di una "ghirlanda idraulica" dell'ordine di 250-300 W, coprendo il carico di punta con una batteria caricata da una mini-centrale idroelettrica.

La trasmissione della coppia dall'albero di lavoro della centrale idraulica alla puleggia del generatore elettrico viene solitamente effettuata utilizzando una trasmissione intermedia. Tuttavia, tale elemento, a rigore, può essere escluso se il generatore utilizzato nella progettazione della centrale micro-idroelettrica ha una velocità di rotazione di esercizio inferiore a 750 giri/min. Tuttavia, la comunicazione diretta spesso deve essere abbandonata. Dopotutto, per la stragrande maggioranza dei generatori di produzione domestica, la velocità di rotazione operativa all'inizio della "fornitura" di potenza è compresa nell'intervallo 1500-3000 giri / min. Ciò significa che è necessario un coordinamento aggiuntivo dei pozzi della centrale idraulica e del generatore elettrico.

Ebbene, ora che la parte teorica preliminare è finita, consideriamo dei progetti specifici, ognuno di essi ha i suoi pregi.

Ecco, ad esempio, una mini-centrale idroelettrica semi-stazionaria a flusso libero con una disposizione orizzontale di due rotori Savonius di tipo coassiale, ruotati di 90 ° l'uno rispetto all'altro (per facilitare l'avvio automatico) e rigidamente collegati trasversali. Inoltre, le parti e i componenti principali di questa centrale idroelettrica fatta in casa sono realizzati in legno come materiale da costruzione più accessibile e “obbediente”.

La proposta mini-centrale idroelettrica è sommergibile. Cioè, il suo telaio di supporto si trova attraverso il corso d'acqua nella parte inferiore ed è rinforzato con cavi o pali estensibili (se, ad esempio, ci sono passerelle, un molo per barche, ecc. nelle vicinanze). Ciò avviene per evitare il trascinamento della struttura da parte del corso d'acqua stesso.

Fig. 2 Minicentrale idroelettrica sommergibile con disposizione orizzontale di rotori di tipo trasversale:

1 - base del longherone (trave 150x100, 2 pz.), 2 - trave trasversale inferiore (tavola 150x45, 2 pz.), 3 - trave trasversale centrale (trave 150x120, 2 pz.), 4 - riser (legno tondo con un diametro di 100, 4 pz. .), 5 longherone superiore (tavola 150x45, 2 pz.), 6 - traversa superiore (tavola 100x40, 4 pz.), 7 - albero intermedio (acciaio inossidabile, asta con un diametro di 30), 8 - carrucola, 9 - corrente del generatore CC, 10 - "gander" con un rullo di porcellana e un filo isolato a due fili, 11 - piastra di base (tavola 200x40), 12 - puleggia motrice, 13 - cuscinetto in legno assemblaggio (2 pezzi), 14 - rotore "ghirlanda idraulica" (D600, L1000 , 2 pezzi), 15 dischi (da tavole spesse 20-40 mm abbattute in uno scudo, 3 pezzi); elementi di fissaggio metallici (comprese estensioni, mozzi dei dischi esterni) non sono mostrati convenzionalmente.

Naturalmente, la profondità del fiume nel sito di installazione della minicentrale idroelettrica dovrebbe essere inferiore all'altezza del telaio di supporto. In caso contrario, è molto difficile (se non impossibile) evitare che l'acqua penetri nel generatore elettrico. Ebbene, se il luogo in cui dovrebbe collocare una minicentrale idroelettrica ha una profondità superiore a 1,5 m o c'è una portata e una portata d'acqua elevate che variano notevolmente durante l'anno (il che, tra l'altro, è abbastanza tipico per i corsi d'acqua alimentati dalla neve), quindi si consiglia di dotare questo modello di galleggianti. Questo renderà anche facile spostarlo una volta installato sul fiume.

Il telaio di supporto di una mini centrale idroelettrica è un telaio rettangolare in legno, assi e piccoli tronchi fissati con chiodi e fili (cavi). Le parti metalliche della struttura (chiodi, bulloni, staffe, angoli, ecc.) devono essere, se possibile, realizzate in acciaio inossidabile o altre leghe resistenti alla corrosione.

Ebbene, poiché il funzionamento di una tale mini-centrale idroelettrica è spesso possibile in Russia solo stagionalmente (a causa del congelamento della maggior parte dei fiumi), dopo la scadenza dell'operazione, l'intera struttura tirata a terra è soggetta a un'ispezione approfondita. Sostituzione tempestiva di elementi in legno marcio, arrugginiti, nonostante le precauzioni adottate, parti metalliche.

Uno dei componenti principali della nostra minicentrale idroelettrica è una "ghirlanda idroelettrica" di due rotori fissati rigidamente (che costituiscono un'unica unità sull'albero di lavoro). I loro dischi sono facili da realizzare con tavole di 20-30 mm di spessore. Per fare questo, dopo averne fatto uno scudo, usando una bussola, costruisci un cerchio con un diametro di 600 mm. Successivamente, ciascuna delle schede viene tagliata in base alla curva ottenuta su di essa. Dopo aver messo insieme gli spazi vuoti su due lamelle (per dare la rigidità richiesta), ripetono tutto tre volte, in base al numero di dischi richiesti.

Per quanto riguarda le lame, è consigliabile ricavarle dal ferro da tetto. E meglio - da contenitori cilindrici inossidabili (barili) di dimensioni adeguate e tagliati a metà (lungo l'asse), in cui vengono solitamente immagazzinati e trasportati fertilizzanti agricoli e altri materiali aggressivi. In casi estremi, le lame possono essere anche di legno. Ma il loro peso (soprattutto dopo una lunga permanenza in acqua) aumenterà notevolmente. E questo dovrebbe essere ricordato quando si crea una mini-centrale idroelettrica sui galleggianti.

I supporti delle punte sono attaccati alle estremità della "ghirlanda idroenergetica". Si tratta infatti di cilindri corti con un'ampia flangia e una fessura terminale per una chiave. La flangia è fissata al rispettivo disco del rotore con quattro bulloni.

Per ridurre l'attrito, sono previsti cuscinetti posizionati sulle traverse centrali. E poiché i normali cuscinetti a sfere oa rulli non sono adatti per lavorare in acqua, usano ... quelli in legno fatti in casa. Il design di ciascuno di essi consiste in due morsetti e piastre di inserimento con un foro per il passaggio del supporto a punta. Inoltre, i gusci dei cuscinetti centrali sono posizionati in modo che le fibre di legno qui corrano parallele all'albero. Inoltre, vengono adottate misure speciali per garantire che le piastre dell'inserto siano saldamente fissate contro gli spostamenti laterali. Fallo con l'aiuto dei bulloni di serraggio.

Fig.3 Gruppo cuscinetto a strisciamento:

1 - staffa di crimpatura (St3, striscia 50x8, 4 pz.), 2 - traversa centrale del telaio, 3 - inserto di crimpatura (in legno duro, 2 pz.), 4 inserto sostituibile (in legno duro, 2 pz.) , 5 - Bullone M10 con dado e rondella Grover (4 set), 6 - Perno M8 con due dadi e rondelle (2 pz.).

Come generatore elettrico nella centrale micro-idroelettrica considerata, viene utilizzato uno qualsiasi di quelli automobilistici. Emettono 12-14 V CC e si agganciano facilmente sia alla batteria che agli apparecchi elettrici. La potenza di queste macchine è di circa 300 watt.

Il design di una mini centrale idroelettrica portatile con una disposizione verticale di una "ghirlanda" e un generatore è abbastanza accettabile per l'autoproduzione. Tale centrale idroelettrica, secondo l'autore dello sviluppo, è la meno ad alta intensità di materiale. La struttura portante dell'installazione, che ne fissa la posizione nel letto del fiume, è un tondino di acciaio cavo (ad esempio, da sezioni di tubo). La sua lunghezza viene scelta in base alla natura del fondo del corso d'acqua e alla velocità della corrente. Inoltre, tale che l'estremità acuminata dell'asta, conficcata nel fondo, garantisse la stabilità della minicentrale idroelettrica e il suo flusso inscindibile. È anche possibile utilizzare ulteriori smagliature.

Avendo determinato la superficie attiva del rotore con la formula (1) e misurando la profondità del fiume nel sito di installazione della minicentrale idroelettrica, è facile calcolare il diametro dei rotori Savonius qui utilizzati. Per rendere il progetto semplice e autoavviante, è consigliabile realizzare una "ghirlanda idraulica" di due rotori collegati in modo che le pale del primo siano spostate di 90° rispetto al secondo (lungo l'asse di rotazione). Inoltre, per aumentare l'efficienza del lavoro, la struttura sul lato del flusso in arrivo è dotata di uno scudo che svolge la funzione di pala di guida. Bene, l'albero di lavoro è montato su cuscinetti a strisciamento dei supporti superiore e inferiore. In linea di principio, con un breve tempo di funzionamento di una minicentrale idroelettrica (ad esempio durante un'escursione), possono essere utilizzati anche cuscinetti a sfere di grande diametro. Tuttavia, se nell'acqua è presente sabbia o limo, dopo ogni utilizzo, queste unità dovranno essere lavate con acqua pulita.

Riso. 4 minicentrali idroelettriche con disposizione verticale di rotori terminali:

1 - asta di supporto, 2 - gruppo cuscinetto inferiore, 3 - disco ghirlanda idroelettrica (3 pezzi), 4 - rotore (D600, 2 pezzi), 5 - gruppo cuscinetto superiore, 6 - albero di lavoro, 7 - trasmissione, 8 - generatore elettrico, 9 - "gander" con un rullo di porcellana e un filo isolato a due fili, 10 - un morsetto di montaggio del generatore, 11 - una guida mobile dello schermo; a, b - lame: le estensioni all'estremità superiore dell'asta di supporto non sono convenzionalmente rappresentate.

Il fissaggio dei supporti all'asta è imbullonato e saldato, a seconda del peso della "ghirlanda idraulica" e della necessità di smontarla in parti. L'estremità superiore dell'albero di lavoro della macchina idraulica è anche l'albero di entrata del moltiplicatore, che (come il più semplice e tecnologico) può essere utilizzato come cinghia.

Il generatore elettrico viene ripreso da un'auto. È facile fissarlo all'asta di supporto con un morsetto. E i fili stessi provenienti dal generatore devono avere un'impermeabilizzazione affidabile. Nelle illustrazioni le esatte proporzioni geometriche della trasmissione intermedia non sono mostrate convenzionalmente, poiché dipendono dai parametri del particolare generatore di cui disponi. Ebbene, le cinghie di trasmissione possono essere ricavate da una vecchia macchina fotografica per auto tagliandole in nastri larghi 20 mm, seguiti da attorcigliamenti in fasci.

Per l'alimentazione dei piccoli villaggi è adatta una mini-centrale idroelettrica a margherita progettata da V. Blinov, che altro non è che una catena di rotori Savonius a forma di botte con un diametro di 300-400 mm, fissati su un cavo flessibile si estendeva attraverso il fiume. Un'estremità del cavo è fissata a un supporto incernierato e l'altra tramite un semplice moltiplicatore all'albero del generatore. Ad una portata di 1,5-2,0 m/s, la catena dei rotori raggiunge i 90 giri/min. E le ridotte dimensioni degli elementi della "ghirlanda idroelettrica" consentono di far funzionare questa microcentrale idroelettrica su fiumi con una profondità inferiore a un metro.

Devo dire che prima del 1964 V. Blinov riuscì a creare diverse minicentrali idroelettriche portatili e fisse di sua progettazione, la più grande delle quali era una centrale idroelettrica costruita vicino al villaggio di Porozhki (regione di Tver). Un paio di ghirlande qui azionavano due generatori di autotrattori standard con una potenza totale di 3,5 kW.

MK 10 1997 I. Dokunin

Opzione numero 3

Centrale idroelettrica fatta in casa (HPP) su un piccolo fiume senza diga.

È noto che l'elettricità è generata da un generatore, il cui albero fa ruotare il motore. Il motore HPP ha un design semplice: le cremagliere con due alberi a gomiti A e B sono fissate su un telaio in tronchi (vedi Fig. 3).

Ogni albero ha tre ginocchia, gli angoli tra i quali sono pari a 120°. Gli alberi a gomiti sono collegati da aste a cui sono fissate le lame. Nella figura 1 si può notare che al momento tutte le lame dell'asta B sono in basso, sono immerse nell'acqua e, sotto la sua pressione, tornano indietro (verso destra). Le lame muovono l'asta e l'asta, a sua volta, fa girare gli alberi a gomiti. Non appena le ginocchia collegate da questa barra iniziano a sollevarsi verso l'alto, le lame della barra G vengono immerse nell'acqua e ora iniziano già a lavorare. Quindi inizieranno a funzionare le lame della barra D. A questo punto, le lame della prima barra B passeranno sulla superficie dell'acqua e scenderanno nuovamente nell'acqua. Ecco come funzionerà il motore della centrale di Login.

Se metti una puleggia all'estremità di uno degli alberi a gomiti e la colleghi con una trasmissione a cinghia alla puleggia del generatore CC, il generatore inizierà a generare elettricità. E se colleghi una biella alla puleggia motrice e la colleghi alla pompa, il motore pomperà l'acqua nel sito della scuola, nel tuo giardino.

La potenza del motore dipende non solo dalla velocità del flusso d'acqua, ma anche dal numero e dalla superficie delle pale, ovvero dalle dimensioni geometriche del motore stesso. E può essere realizzato di qualsiasi dimensione, rispettivamente, aumentando o diminuendo proporzionalmente le dimensioni delle sue parti.

Riso. 1 Le dimensioni principali delle parti di una mini centrale idroelettrica senza diga.

Diamo i disegni di un motore che, a una portata d'acqua di 0,8-1 metro al secondo, farà ruotare un generatore da un'auto. La tensione generata dal generatore è di 12 V e la potenza è fino a 150 watt.

Fig. 2 I componenti principali di una centrale idroelettrica fatta in casa senza diga.

Prima di iniziare a costruire una stazione idroelettrica, in un'officina o in un negozio che vende pezzi di ricambio per auto, prendi un generatore. Preparare i materiali: tavole, tronchi di piccolo diametro, filo d'acciaio, elementi di fissaggio. Selezionare la posizione in cui sarà posizionata la centrale elettrica. È auspicabile che sia un tratto rettilineo del fiume. Qui è necessario determinare la velocità della corrente. Si fa così. Sulla sezione selezionata lunga 15-20 metri, segnare due allineamenti trasversali. Successivamente, utilizzando un piccolo galleggiante, come dei trucioli di legno, determinare la velocità del flusso d'acqua. Il galleggiante va lanciato in acqua un po' più in alto dell'allineamento superiore e, seguendolo, contare il tempo trascorso dal galleggiante dall'allineamento superiore a quello inferiore utilizzando un cronometro. È necessario effettuare 10-15 di queste misurazioni, lanciando il galleggiante più o più vicino alla riva e, in base ai risultati delle misurazioni, calcolare la velocità media del fiume. Se si trova entro 0,8-1 m / s, sentiti libero di procedere con la costruzione.

Fig.3. Alberi a gomito di una mini centrale idroelettrica senza diga.

Come realizzare le parti più complesse di una mini centrale idroelettrica senza diga. Mini ges albero motore senza diga.

Può essere realizzato da una solida barra di acciaio con un diametro di 16-20 mm. Ma è più facile realizzarlo prefabbricato (Fig. 3). Innanzitutto, ritaglia dall'asta gli spazi vuoti delle parti 1, 2, 3 e 4. Crea le guance delle ginocchia da una striscia di acciaio spessa 5 mm. Sega quadrati alle estremità delle aste e fori quadrati sulle guance. Dopo aver collegato le parti, i quadrati vengono rivettati. Per prima cosa è necessario assemblare le parti dell'albero motore "a" e "b" (vedi Fig. 3). Quindi è necessario contrassegnare e ritagliare i quadrati alle estremità libere delle aste 2 e 3 in modo che il ginocchio medio (dopo il montaggio) si trovi ad un angolo di 120 ° rispetto a quelli estremi.

Bar con pale di una mini centrale idroelettrica senza diga.

Dispositivo di trasmissione di una mini centrale idroelettrica senza diga.

L'albero a gomiti, e quindi la puleggia motrice, ruoterà a una velocità di circa un giro ogni due secondi. Il generatore può produrre corrente elettrica a 1000-1500 giri/min. Per ottenere questo numero di giri sul generatore, è necessaria una trasmissione da pulegge di diverso diametro (vedi Fig.).

Le pulegge scanalate sono realizzate in compensato di 5 mm di spessore. Per ogni puleggia, dovrebbero essere tagliati cinque cerchi. Vengono abbattuti con chiodi o serrati con viti. La puleggia motrice, che è saldamente fissata all'estremità dell'albero motore, deve avere un diametro di almeno 700 mm. Due intermedi sono inchiodati l'uno all'altro e posizionati liberamente sull'asse. Dovrebbero ruotare facilmente su questo asse. Se la velocità di rotazione della puleggia motrice è di 30 giri/min, il diametro della puleggia intermedia piccola può essere preso pari a 140 mm e quello grande - 600 mm. Quindi la puleggia dell'alternatore (diametro 60 mm) ruoterà ad una velocità di 1500 giri/min. Ad altre velocità della puleggia motrice, i diametri delle pulegge intermedie saranno diversi. L'insegnante del lavoro ti aiuterà a calcolare le loro dimensioni.

Cinghie di trasmissione di una mini centrale idroelettrica senza diga.

Le pulegge di trasmissione sono collegate da cinghie di trasmissione. Per garantire che le cinghie siano sempre ben tese, ricavarle da un elastico. Taglia la vecchia macchina fotografica dell'auto in lunghe strisce. Avvolgi ogni nastro in un fascio, incolla le estremità con la colla di gomma e legalo saldamente con lo spago.

Adeguamento di una minicentrale idroelettrica senza diga.

Dopo aver assemblato il meccanismo, controllare se le aste ruotano liberamente. Ruotando a mano la puleggia motrice, notare quale delle bielle impedisce la rotazione degli alberi a gomiti. Dopodiché, rimuovi la barra e allarga uno dei fori per il collo del ginocchio in modo che diventi un po' oblungo.

V. Kivonosov, V. Slashchilina

Opzione numero 4

Sulla maggior parte dei fiumi è possibile costruire centrali idroelettriche (HPP) piccole, economiche e senza dighe. La potenza di tali centrali è piccola, ma sufficiente per elettrificare una casa e persino un piccolo villaggio.

Sui fiumi con una portata di 0,8 metri al secondo o più, è possibile installare un nuovo tipo di motore idraulico senza diga. Il principio di funzionamento di questo motore è chiaro dai disegni e dagli schemi allegati.

Sotto la pressione dell'acqua, le lame muovono le aste, il cui movimento fa ruotare la manovella. Una puleggia si trova sul suo albero.

La rotazione della puleggia viene trasmessa al generatore. La potenza del motore dipende dalla velocità del flusso d'acqua.

Nei luoghi dove la velocità della corrente è ridotta, è necessario restringere il letto del fiume. Il design di un motore idraulico, ad esempio 3,5 kilowatt, è così semplice che può essere realizzato in qualsiasi club scolastico o officina.

M. Accesso