Vodní elektrárna vlastníma rukama: jak postavit autonomní minivodní elektrárnu

Podmínky pro instalaci vodní elektrárny

Navzdory lákavé levnosti výroby energie z vodních zdrojů je důležité zvážit vlastnosti vodního zdroje, jehož zdroje plánujete využívat pro vlastní potřeby. Koneckonců, ne každý potok je vhodný pro provoz minihydroelektrárny, natož celoroční, takže není na škodu mít v záloze možnost napojení na centralizovanou dálnici.

Ne každý vodní tok bude vhodný pro provozování malé vodní elektrárny, tím spíše celoročně, takže nebude na škodu mít možnost napojení na centralizovanou síť.

Některé výhody a nevýhody

Hlavní výhody individuální vodní elektrárny jsou zřejmé: levné zařízení, které vyrábí levnou elektřinu, a přesto nepoškozuje přírodu (na rozdíl od přehrad, které blokují tok řeky). Systém však není zcela bezpečný - rotující prvky turbín mohou zranit podmořské obyvatele a dokonce i lidi.

Aby se předešlo nehodám, měla by být vodní elektrárna oplocena, nebo pokud je systém zcela skrytý vodou, měla by být na břehu umístěna výstražná značka.

Výhody minielektrárny:

1. Na rozdíl od jiných "bezplatných" zdrojů energie (solární panely, větrné turbíny) mohou vodní systémy pracovat bez ohledu na denní dobu nebo počasí. Jediné, co jim v tom může zabránit, je zamrznutí nádrže.
2. Pro vodní generátor není nutná velká řeka - stejná vodní kola lze s úspěchem použít i na malých (ale rychlých!) tocích.
3. Rostliny nevypouštějí žádné škodliviny, neznečišťují vodu a jsou téměř bezhlučné.
4. Pro instalaci malých vodních elektráren do 100 kW není třeba povolení (záleží však na místních úřadech a typu elektrárny).
5. Přebytečnou elektřinu lze prodávat sousedním domům.

Pokud jde o nevýhody, nedostatečný průtok může být vážnou překážkou produktivního provozu zařízení. V takovém případě bude nutné postavit pomocné konstrukce, což si vyžádá další náklady.

Pokud potenciální energie blízké řeky nestačí k výrobě dostatečného množství elektřiny pro praktické účely, stojí za to zvážit možnosti výstavby větrných turbín. Efektivní doplněk k větrné turbíně

Měření průtoku vody

Při rozhodování o typu a způsobu instalace je třeba nejprve změřit průtok vody u požadovaného zdroje.

Nejjednodušší je vhodit do peřejí jakýkoli lehký předmět (například tenisový míček, kus polystyrenu nebo rybářský splávek) a pomocí stopek změřit čas, za který urazí vzdálenost k orientačnímu bodu. Standardní vzdálenost pro "plavání" je 10 metrů.

Pokud je vodní plocha od vašeho domova trochu dál, můžete vybudovat kanál nebo potrubí a také se postarat o výškové rozdíly.

Ujetou vzdálenost v metrech nyní vydělte počtem sekund - to bude aktuální rychlost. Pokud je však tato rychlost menší než 1 m/s, je třeba vytvořit umělé struktury, které urychlí proudění pomocí spádů.

To je možné pomocí skládacího jezu nebo odtokového potrubí s nízkým průtokem. Bez dobrého průtoku však bude nutné myšlenku vodní elektrárny opustit.

Mini vodní elektrárna vlastníma rukama

Stavba vodní elektrárny je poměrně složitá, takže si můžete postavit jen malou elektrárnu, která ušetří na elektřině nebo poskytne energii skromné domácnosti. Níže jsou uvedeny dva příklady, jak postavit domácí vodní elektrárnu.

Jak vyrobit mini vodní elektrárnu z jízdního kola

Toto HPP je ideální pro cyklistické výlety. Je kompaktní a lehký, ale dokáže pohánět malý tábor postavený na břehu potoka nebo řeky. Elektřina stačí na večerní osvětlení a nabíjení mobilních zařízení.

K nastavení stanice potřebujete:

• Přední kolo z jízdního kola.
• Generátor, který se používá k napájení luceren na jízdní kola.
• Domácí čepele. Ty musí být předem vyřezány z hliníkového plechu. Šířka lopatek by měla být dva až čtyři centimetry a délka od náboje kola k jeho ráfku. Lopatek může být libovolný počet a musí být od sebe vzdáleny ve stejné vzdálenosti.

Pro provoz takové stanice stačí ponořit kolo do vody. Hloubka ponoření se určuje experimentálně, přibližně třetina až polovina kola.

Jak postavit mini vodní elektrárnu na bázi vodního kola

Chcete-li postavit výkonnější stanici pro trvalé použití, budete potřebovat silnější materiály. Nejlepší volbou jsou kovové a plastové prvky, které se lépe chrání před účinky vody. Dřevěné díly jsou však také vhodné, pokud jsou napuštěny speciálním roztokem a natřeny voděodolnou barvou.

Pro stanici jsou vyžadovány následující prvky:

• Buben s ocelovým lanem (průměr 2,2 m). Vyrobíte z něj rotor kola. Za tímto účelem se rozřeže na kousky a znovu se svaří ve vzdálenosti 30 cm. Čepele (18 ks) jsou vyrobeny ze zbytků bubnu. K poloměru jsou přivařeny pod úhlem 45 stupňů. K podepření celé konstrukce slouží rám z úhelníků nebo trubek. Kolo se otáčí na ložiskách.
• Na kole je nainstalován řetězový reduktor (převodový poměr by měl být čtyři). Aby se hnací a alternátorová náprava snáze spojily a snížily se vibrace, přenáší se otáčení pomocí kardanu ze starého automobilu.
• Pro alternátor je vhodný asynchronní motor. K tomu je třeba přidat další převodovku s převodovým poměrem přibližně 40. Pak u třífázového generátoru s 3 000 otáčkami za sekundu při celkovém redukčním poměru 160 klesne počet otáček na 20 otáček za minutu.
• Umístěte všechny elektrické spotřebiče do vodotěsné nádoby.

Popsané suroviny lze snadno sehnat na vrakovišti nebo u známých. Můžete si zaplatit odborníka, který ocelový buben rozřízne řezačkou na šrouby a svaří ho (nebo to můžete udělat sami). Vodní elektrárna s výkonem do 5 kW nakonec stojí zanedbatelnou částku.

Získat elektřinu z vody není tak obtížné. Obtížnější je vybudovat autonomní systém napájení na bázi domácí vodní elektrárny, udržovat ji v provozuschopném stavu a zajistit bezpečnost lidí a zvířat v jejím okolí.

Aplikace a výhody

Alternativou k použití olejové stanice je použití kompresorové jednotky. Při porovnávání těchto typů zařízení však existuje řada výhod hydraulických agregátů.

1. Vzhledem k jejich menším rozměrům jsou náklady na jejich přepravu, instalaci a provoz podstatně nižší.
2. Hydraulické agregáty spotřebovávají mnohem méně energie, což také snižuje finanční náklady.
3. Ve srovnání s kompresorovými zařízeními jsou hydraulické agregáty produktivnější a účinnější.
4. Díky své univerzálnosti jsou vhodné pro použití v široké škále strojů a výkonů.
5. V porovnání s kompresorovými zařízeními vydávají olejové stanice při provozu mnohem méně hluku.
6. Díky snadnému použití a údržbě není nutné zaměstnávat speciálně vyškolený, vysoce kvalifikovaný personál pro obsluhu tohoto zařízení.

Čerpací stanice jako součást hydraulické ohýbačky trubek

Hydraulické agregáty se samozřejmě používají k vybavení strojů s hydraulickým pohonem. Taková zařízení lze ve skutečnosti použít k napájení téměř jakéhokoli stroje. Proto se hydraulické agregáty úspěšně používají v mnoha oblastech. Díky svým technickým vlastnostem a všestrannosti jsou tato zařízení vhodná pro:

• hydraulické nástroje statického typu;
• elektroinstalační zařízení;
• hydraulické nástroje dynamického typu;
• železniční a stavební zařízení;
• čerpadla a kalová čerpadla;
• vrtací zařízení;
• vstřikovací stroje;
• Lisovací zařízení;
• zařízení pro zvedání a manipulaci s velkými a těžkými břemeny;
• zařízení pro zkušební stolice;
• technologická zařízení pro různé účely.

Soustružnická olejová stanice

Pomocí olejových mazacích stanic hydraulického typu lze čerpat a čistit olej, mazat a chladit pracovní prvky různých zařízení. Olejové elektrocentrály se hojně využívají v případech, kdy je třeba testovat potrubní systémy, hydraulická zařízení, hydraulické válce a různá zařízení.

Pokud jde o oblasti činnosti, ve kterých se hydraulické kapalinové stanice používají nejaktivněji, jsou to tyto.

• inženýrství;
• metalurgie;
• energetika;
• konstrukce;
• zemědělství;
• Doprava.

Při hledání té správné vody

Nedávno jsem viděl krátké video, které ukazovalo, jak se v jedné obyčejné indické vesnici studenti západní univerzity rozhodli vyrobit malou vodní elektrárnu. V té vesnici není elektřina, mladí lidé utíkají do měst, ale co by se stalo, kdybyste vesničanům dali světlo? Ve vesnici není řeka jako taková, ale je zde vodní plocha. Přírodní miska s velkým množstvím vody se nachází těsně nad úrovní obce. Co studenti vymysleli?

Vzali si do hlavy, že když není tok z přírody, může být vytvořen! Rukama najatých dělníků byla sestavena dlouhá zakrytá trubka o průměru jednoho metru, jejíž jeden konec byl uzavřen na nádrži, zatímco druhý, níže položený, ústil do malé a pomalu tekoucí řeky. Výškový rozdíl způsobil, že se voda z nádrže řítila potrubím stále rychleji a na výstupu se již vytvořil poměrně silný proud, který se opíral o lopatky miniaturní vodní elektrárny. Trubka, která uzavírá vodu v nádrži, vede po svahu tak malebně, že to vypadá, jako by se shora pomalu plazila obrovská krajta, která svou velikostí děsí místní obyvatele. Chcete se ho dotknout, cítit ho, cítit jeho sílu.

Když něco podobného vzniká v indické vesnici, proč to nezkusit v ruské? Pokud v blízkosti není žádná rychle tekoucí řeka, ale je tam vodní plocha, můžete zde postavit i malou vodní elektrárnu. Stačí se podívat na terén, ale jedno je jasné: nádrž - ať už přírodní nebo umělá - musí být umístěna výše než místo, kde bude instalována vodní elektrárna. Pokud je rozdíl v nadmořské výšce výrazný, je to ještě lepší! Proudění vody bude silnější shora dolů, což zvýší možnou kapacitu vyrobené elektřiny.

K vytvoření umělého vodního proudu není nutné kupovat drahé trubky. Můžete si vlastnoručně vyrobit koryto a nechat do něj zatím stékat vodu z rybníka. Pro začátek je lepší vzít jakékoliv prostředky, které jsou po ruce, staré trubky, byť zatím s malým průměrem, a postavit zkušební verzi odtoku vody z výše položeného rybníka. Tímto způsobem lze měřit průtok (o tom, jak na to, jsem již psal dříve). Pokud je v blízkosti rychle tekoucí řeka, není třeba stavět přehrady nebo žlaby a není třeba vytvářet umělý vodní tok. Na takových místech lze bez problémů instalovat minielektrárny ve formě stružky, vrtule, Dardierova rotoru nebo vodního kola.

Důležitá bude ochrana konstrukce. Jak? Před minielektrárnou by měla být instalována ochranná clona nebo difuzor, aby se na lopatky turbíny nedostaly nečistoty splavované po řece, nebo dokonce celé kmeny, živé i mrtvé ryby a odpadky všeho druhu, které by se vznášely kolem.

Vodní elektrárna Garland

Tento typ miniaturní vodní elektrárny je tvořen kabelem nataženým přes koryto a upevněným do nosného ložiska. Turbíny malých rozměrů a hmotnosti (hydroinženýry) jsou na něm zavěšeny a pevně připevněny v podobě věnce. Skládají se ze dvou půlválců. Vyrovnáním os při spouštění do vody v nich vzniká točivý moment. Tím se lano ohne, natáhne a začne se otáčet. V této situaci lze lano přirovnat k hřídeli, která slouží k přenosu síly. Jeden konec lana je připojen k převodovce. Zde se přenáší energie z otáčení lana a vodních motorů.

Výkon stanice je možné zvýšit pomocí několika "řetězců". Mohou být vzájemně propojeny. Ani to však výrazně nezvyšuje účinnost dané vodní elektrárny. To je jedna z nevýhod takové konstrukce.

Další nevýhodou tohoto typu je nebezpečí, které představuje pro ostatní. Tento typ stanice lze používat pouze v bezobslužných prostorách. Výstražné značky jsou povinné.

Součásti malé vodní elektrárny

• Hydraulická turbína s lopatkami, připojená ke generátoru
• Generátor. Slouží k výrobě střídavého proudu. Připevněn k hřídeli turbíny. Parametry generovaného proudu jsou poměrně nestabilní, ale nic podobného jako nárazy výkonu při výrobě elektřiny z větrných elektráren;
• Řídicí jednotka vodní turbíny zajišťuje spouštění a zastavování vodního agregátu, automatickou synchronizaci generátoru při připojení k energetické soustavě, řízení provozních režimů vodního agregátu, nouzové zastavení.
• Blok předřadníku, který je navržen tak, aby odváděl energii, kterou spotřebitel právě nevyužívá, zabraňuje výpadku generátoru a řídicího a monitorovacího systému.
• Regulátor/stabilizátor nabíjení: je určen k řízení nabíjení akumulátoru, řízení otáčení lopatek a konverzi napětí.
• Bateriová banka: kapacita akumulátoru, jejíž velikost určuje dobu autonomního provozu zařízení, které je z ní napájeno.
• Střídač: Mnoho hydroelektrických výrobních systémů používá střídačové systémy. Vodní systémy se s bateriovou baterií a regulátorem nabíjení příliš neliší od jiných systémů využívajících obnovitelné zdroje.

Mini hydro

V polovině minulého století navrhl britský vynálezce Alvin Smith originální návrh malé vodní elektrárny poháněné vlnami. Základem zařízení jsou dva plováky, které se mohou vůči sobě pohybovat. Horní je pohupována vlnami, spodní je spojena se dnem pomocí řetězu a kotvy. Výška horního plováku se automaticky nastavuje v závislosti na výšce hladiny moře, která se neustále mění v závislosti na přílivu a odlivu, a to pomocí teleskopické trubky, která se vysouvá a skládá působením Archimédových sil a gravitace. Mezi plováky je "čerpací stanice" (válec s dvojčinným pístem, který při pohybu nahoru a dolů čerpá vodu). Čerpá vodu do země, do hor. V horách je vybudován bazén, ve kterém se voda uchovává a v době špičky se vypouští zpět do moře, přičemž cestou otáčí vodní turbínou.

Zařízení je schopno zvedat mořskou vodu až do hloubky 200 metrů a vyrábět 0,25 MW.

* * *

Přírodní podmínky v Rusku jsou pro rozvoj malých vodních elektráren velmi příznivé a při současné dostupnosti informací a nejrůznějších materiálů si mohou řemeslníci vyrobit malou vodní elektrárnu i vlastníma rukama, jen kdyby měli k dispozici vhodnou řeku nebo potok. Proto mají malé vodní elektrárny jako alternativní zdroje energie šanci se v naší zemi opět rozšířit.

Typické schéma vodní elektrárny

1. Nádrž
2. Čerpadlo
3. Tlakový filtr
4. Sací filtr
5. Odvodňovací filtr
6. Přetlakový ventil
7. Směrový ventil

Hydraulická nádrž

Hydraulická nádrž slouží ke skladování hydraulické kapaliny cirkulující v hydraulickém systému a k odvádění vzduchu z ní a jejímu částečnému chlazení. Při konstrukci nádrže musí být zajištěny normální podmínky sání a odvzdušňování hydraulické kapaliny. Rozměry a tvar nádrže úzce souvisí s teplotními podmínkami v hydraulickém pohonu, protože část tepelné energie uvolněné při provozu hydraulického systému se přenáší přes stěny nádrže do okolí. Během výroby jsou všechny nádrže podrobeny povinným zkouškám těsnosti a následnému lakování pomocí speciálních technologií a materiálů odolných vůči horkému oleji. Pro kontrolu hladiny kapaliny v hydraulické nádrži je k dispozici vizuální ukazatel hladiny. Kapalina se vypouští odtokem nebo kohoutem umístěným na dně hydraulické nádrže. Vyvinuli jsme různé konstrukce a velikosti hydraulických nádrží, které naleznete v sekci katalogu.

Čerpadlo

Hydraulická čerpadla jsou výkonné prvky hydraulického pohonu, které přeměňují mechanickou energii otáčení hnacího hřídele na hydraulickou energii proudění pracovní kapaliny přiváděné potrubím do hydromotorů. Nejběžnějším typem čerpací jednotky pro tlakování hydraulické kapaliny do systému je zubové čerpadlo. Pracovní tlaky od 2 do 310 barů a výkony od 0,5 do 100 litrů/min (standardní rozsah) a nad 100 litrů/min až do 5 000 litrů/min. (k dispozici na vyžádání). Taková řešení se hojně používají v mobilních a průmyslových aplikacích. Dalším typem čerpací jednotky jsou lamelová čerpadla. Tento typ čerpadla poskytuje rovnoměrnější dodávku ve srovnání s převodovými čerpadly a vyšší kapacitu. Rozsah pracovních tlaků je poněkud nižší a zřídkakdy přesahuje 160 barů (dovážený průmysl vyrábí čerpadla pro 210 barů a více). Čerpadla mohou být vyrobena jako jednoproudá nebo dvouproudá, s pevným nebo nastavitelným výkonem a také s průchozí hřídelí pro instalaci dalšího čerpadla, např. zubového čerpadla. Tento typ čerpadla se běžně používá při výrobě obráběcích strojů a hydraulických pohonů pro širokou škálu aplikací. Čerpadlové jednotky s axiálními pístovými čerpadly se vyznačují kompaktní konstrukcí a z toho vyplývající minimální hmotností. Díky použití malých radiálních rozměrů, a tedy relativně malému momentu setrvačnosti, je u těchto strojů možná rychlá regulace otáček. K výhodám axiálních pístových čerpadel dále patří vysoký tlak (až 400 barů) a vysoká účinnost (až 95 %). Nevýhodou jsou vysoké náklady, složitost konstrukce a vysoká pulzace při dodávce. Axiální pístová čerpadla se nejčastěji používají v hydraulických pohonech strojů pracujících při středním a velkém vnějším zatížení s vysokou spínací frekvencí. Jednotky lze vyrobit se 2-3 řadovými čerpadly poháněnými jedním elektromotorem, čímž se zmenšují rozměry systému a umožňují různé kombinace výkonu a tlaku pro širokou škálu aplikací.

Výhody a nevýhody mikro vodní energie

Mezi výhody mini vodní elektrárny pro domácnost patří:

• Šetrnost zařízení k životnímu prostředí (s výhradami k malým rybám) a absence nutnosti zaplavovat rozsáhlé plochy s obrovskými materiálními škodami;
• Ekologická čistota vyrobené energie. Nemá žádný vliv na vlastnosti a kvalitu vody. Vodní nádrže lze využívat jak pro rybolov, tak jako zdroj vody pro domácnosti;
• Nízké náklady na vyrobenou elektřinu, která je mnohonásobně levnější než elektřina vyrobená v elektrárnách;
• Jednoduchost a spolehlivost použitého zařízení a schopnost pracovat v autonomním režimu (v síti i mimo ni). Elektrický proud, který generují, odpovídá požadavkům GOST na frekvenci a napětí;
• Plná životnost zařízení je nejméně 40 let (nejméně 5 let před generální opravou);
• Nevyčerpatelnost zdrojů používaných k výrobě energie.

Hlavní nevýhodou mikroplynových elektráren je relativní nebezpečí pro obyvatele vodních živočichů, protože rotující lopatky turbíny, zejména při vysokých rychlostech proudění, mohou ohrozit ryby nebo plůdek. Za nevýhodu lze považovat i omezené využití této technologie.

O typech malých vodních elektráren

V současné době se rozvíjí malá vodní energie, která je vynikajícím řešením pro úsporu energetických zdrojů. Generátor pro mini vodní elektrárnu si můžete koupit v obchodě, nebo si můžete vyrobit vlastní.

Existuje několik možností, jak vyrobit malou vodní elektrárnu:

1. Vodní kolo. Jedná se o velký buben s lopatkami umístěnými mezi kruhovými plochami. Instaluje se kolmo k proudu vody. Je ponořena ve vodě asi do poloviny šířky čepele. Existují konstrukce turbínových kol s lopatkami navrženými pro daný průtok vody, ale tyto konstrukce jsou komplikované a nejlépe je zakoupit v obchodě.
2. Darierův rotor. Mini vodní elektrárna tohoto typu má mechanismus, který má vertikálně umístěnou osu otáčení. Slouží k přeměně elektrické energie. Tlak vzniká prouděním kapaliny mezi konstrukčními prvky. Jeho efekt připomíná námořní plavidla poháněná hydroplánem. Tento princip se používá při konstrukci větrných turbín.
3. Vodní elektrárna Garland. Na kabelu kolmo k řece jsou umístěny světelné turbíny, které svým vzhledem připomínají girlandy. Kabel funguje jako hřídel a rotační pohyb se přenáší na generátor. Proudění vytvářené vodou zajišťuje otáčení rotorů a rotory přispívají k otáčení kabelu.
4. Vrtule. Rotor je uspořádán svisle jako u větrných elektráren a funguje jako vrtule. Na rozdíl od anténního zařízení mají lopatky tohoto zařízení malou šířku, která může být až 2 cm. Tím se zajistí vysoká rychlost otáčení a minimální odpor vzduchu. Pro vysoké rychlosti proudění vody lze použít i jiné velikosti. Pohyb vrtule je zajišťován vztlakovou silou vody, nikoli tlakem vody. To lze přirovnat ke křídlu letadla. Pohyb lopatek vůči proudu je kolmý, nikoliv po proudu.

Přenosné vodní elektrárny se snadno používají a mají jednoduchou konstrukci.

Výhody mini-HPP

Malé vodní elektrárny mají řadu výhod:

• miniaturní hydroturbína pracuje tiše a bez hluku;
• žádné škodlivé emise do ovzduší během provozu;
• nijak neovlivňuje kvalitu vody;
• nezávisí na vnějších podmínkách;
• malé vodní elektrárny vyrábějí energii nepřetržitě po celý den;
• k napájení lze použít i malý potok;
• Pokud je k dispozici přebytečná energie, lze ji prodat a získat příjem;
• Vodní elektrárny nepotřebují k výrobě energie povolení.

Malé vodní elektrárny se dnes v Rusku těší nebývalé oblibě. Není těžké si je vyrobit sám, nebo je lze zakoupit v obchodě. Malé vodní elektrárny jsou výnosným podnikáním.

Nevýhody

Vedle výhod mají malé vodní elektrárny i některé nevýhody:

1. Řetězová malá vodní elektrárna představuje nebezpečí pro ostatní: pohyblivé části jsou ukryty ve vodě a lano je dlouhé.
2. Nízká účinnost.
3. Darierův rotor. Tento generátor vody je obtížné vyrobit.

Malé MVE je vhodné instalovat po zvážení výhod a nevýhod.

Důležité je správně zvolit, jakou stavbu postavit, aby byl zajištěn efekt práce.

Mini vodní elektrárny pro soukromé domy

Rostoucí tarify za elektřinu a nedostatek dostatečné kapacity činí z bezplatného využívání obnovitelných zdrojů energie v domácnostech naléhavý problém. V porovnání s ostatními obnovitelnými zdroji energie jsou minielektrárny zajímavé tím, že mohou za stejnou dobu vyrobit stejné množství energie jako větrné nebo solární elektrárny. Přirozeným omezením jejich použití je absence řeky.

Pokud v blízkosti vašeho domu protéká malá řeka nebo potok nebo pokud jsou v jezeře spádové stupně, máte dobré podmínky pro instalaci malé vodní elektrárny. Peníze, které za něj utratíte, se vám rychle vrátí - budete mít levnou elektřinu po celý rok, bez ohledu na povětrnostní podmínky nebo jiné vnější faktory.

Hlavním ukazatelem účinnosti MVE je rychlost proudění v nádrži. Pokud je rychlost menší než 1 m/s, je třeba přijmout další opatření k jejímu urychlení, například vytvořit obtokový kanál s proměnlivým průřezem nebo zorganizovat umělou změnu výšky.

Dále se určí kapacita požadovaná zemědělským podnikem a geometrie kanálu. Všechny tyto ukazatele se berou v úvahu při výběru typu a konstrukce instalované mikro HPP.