Hüdroelektrijaam oma kätega: kuidas ehitada autonoomne minihüdroelektrijaam

Veevoolu jõud on taastuv looduslik ressurss, mis võimaldab saada peaaegu tasuta elektrit. Loodusest saadud energia annab võimaluse säästa kommunaalteenuste arvelt ja lahendada seadmete laadimisprobleemi.

Kui Teie maja lähedal voolab oja või jõgi, tasub neid ära kasutada. Need suudavad varustada elektriga nii krundi kui ka maja. Ja kui hüdroelektrijaam on ehitatud oma kätega, suureneb majanduslik efekt kordades.

Esitatud artiklis on üksikasjalikult kirjeldatud eraviisiliste hüdrotehniliste rajatiste ehitamise tehnoloogiaid. Oleme rääkinud, mida on vaja süsteemi paigaldamiseks ja selle tarbijatega ühendamiseks. Meilt saate teada kõigist miniatuursete energiatarnijate variantidest, mis on kokku pandud käepärastest materjalidest.

Mittetööstusliku otstarbega hüdroelektrijaamad

Hüdroelektrijaamad on rajatised, mis suudavad muuta vee liikumisenergia elektriks. Alternatiivsed “rohelised” elektrivarustajad on praegu aktiivselt kasutusel vaid Läänes. Meie riigi territooriumil teeb see perspektiivne sektor alles esimesi arglikke samme.

Väikesteks erahüdroelektrijaamadeks võivad olla suurtel jõgedel paiknevad paisud, mis toodavad kümnetest mitmesaja megavatini, või minihüdroelektrijaamad maksimaalse võimsusega 100 kW, mis on täiesti piisavad eramaja vajadusteks. Viimaste kohta saamegi täpsemalt teada.

Girlandjaam hüdrovintidega

Konstruktsioon koosneb rootorite ahelast, mis on kinnitatud painduvale terastrossile, mis on venitatud üle jõe. Tross ise täidab pöörleva võlli rolli, mille üks ots kinnitatakse tugilaagrile ja teine paneb käima generaatori võlli.

Iga 'pärja' hüdrorootor suudab toota umbes 2 kW energiat, kuid selleks peab veevoolu kiirus olema vähemalt 2,5 meetrit sekundis ja veekogu sügavus mitte üle 1,5 m.

Pärghüdroelektrijaama tööpõhimõte on lihtne: veesurve paneb hüdrokruvid keerlema, need pööravad trossi ja sunnivad generaatorit energiat tootma.

Pärgjaamu kasutati edukalt juba eelmise sajandi keskpaigas, kuid toona mängisid kruvide rolli isetehtud propellerid ja isegi konservipurgid. Tänapäeval pakuvad tootjad mitut tüüpi rootoreid erinevateks kasutustingimusteks.

Neid varustatakse erineva suurusega labadega, mis on valmistatud lehtmetallist, ja need võimaldavad saavutada jaama tööst maksimaalse kasuteguri.

Kuid kuigi see hüdrogeneraator on valmistamise poolest üsna lihtne, eeldab selle kasutamine mitmeid eritingimusi, mis pole reaalses elus alati teostatavad. Sellised rajatised tõkestavad jõe sängi ja on ebatõenäoline, et kaldanaabrid, rääkimata keskkonnateenistuste esindajatest, lubavad vooluenergiat Teie eesmärkidel kasutada.

Lisaks saab talvisel perioodil seadet kasutada ainult külmumata veekogudel, karmi kliima tingimustes tuleb see konserveerida või demonteerida. Seetõttu püstitatakse pärgjaamu ajutiselt ja peamiselt inimtühjas piirkonnas (näiteks suviste karjamaade lähedal).

Rootorjaamad võimsusega 1 kuni 15 kW/h toodavad kuni 9,3 MW kuus ja võimaldavad iseseisvalt lahendada elektrifitseerimise probleemi piirkondades, mis on tsentraliseeritud magistraalidest kaugel.

Pärgseadme tänapäevane analoog on sukeldatavad või ujuvad raamjaamad põikrootoritega. Erinevalt oma pärg-eelkaastööst ei tõkesta need konstruktsioonid kogu jõge, vaid kasutavad ainult osa sängist, ning neid saab paigaldada pontoonile/parvele või isegi langetada veekogu põhja.

Vertikaalne Darrieus' rootor

Darrieuse rootor on turbiiniseade, mis sai nime oma leiutaja järgi 1931. aastal. Süsteem koosneb mitmest aerodünaamilisest labast, mis on kinnitatud radiaalsetele taladele, ja töötab rõhuerinevuse abil 'tõstetiiva' põhimõttel, mida kasutatakse laialdaselt laevaehituses ja lennunduses.

Kuigi selliseid seadmeid kasutatakse rohkem tuulegeneraatorite loomiseks, saavad nad töötada ka veega. Kuid sel juhul on vaja täpseid arvutusi, et valida labade paksus ja laius vastavalt veevoolu tugevusele.

Darrieuse rootor meenutab 'tuulikut', ainult vee all paigaldatuna, ning see võib töötada sõltumata voolukiiruse hooajalistest kõikumistest.

Kohalike hüdroelektrijaamade loomiseks kasutatakse vertikaalrootoreid harva. Vaatamata heale kasutegurile ja näilisele konstruktsiooni lihtsusele on seadmed kasutamisel üsna keerukad.

Enne töö alustamist tuleb süsteem 'lahti keerutada', kuid käivitatud jaama suudab peatada ainult veekogu külmumine. Seetõttu kasutatakse Darrieuse rootorit peamiselt tööstusettevõtetes.

Austria leiutaja Franz Zotlöterer pakkus huvitava lahenduse väikeste hüdroelektrijaamade projekteerimiseks vertikaalselt töötava turbiiniga:

Pöörisjaamade oluliseks eeliseks peetakse õigustatult kalavarude säilimist. Vertikaalse turbiini töö ei kahjusta jõe elusorganisme. Lisaks ei kogune seintele muda tänu vee spetsiifilisele liikumisele.

Veealune sõukruvi

Tegelikult on see kõige lihtsam õhutuulik, ainult et see paigaldatakse vee alla. Labade suurused arvutatakse voolu tugevuse järgi, et tagada maksimaalne pöörlemiskiirus ja minimaalne takistus. Näiteks kui voolukiirus ei ületa 2 m/s, peaks laba laius olema 2–3 cm.

Veealust propellerit pole keeruline ise teha, kuid see sobib ainult sügavatele ja kiiretele jõgedele – madalas veekogus võivad pöörlevad labad vigastada kalureid, suplejaid, veelinde ja loomi.

Selline tuulik paigaldatakse vastu voolu, kuid selle labad töötavad mitte veesurve, vaid tõstejõu tekkimise tõttu (lennukitiiva või laeva sõukruvi põhimõttel).

Vesiratas labadega

Vesiratas on üks lihtsamaid hüdromootoreid, mis on tuntud juba Rooma Impeeriumi ajast. Selle töö efektiivsus sõltub suuresti allika tüübist, kuhu see paigaldati.

Alaveega ratas saab pöörelda ainult voolu kiiruse tõttu, ülaveega ratas aga vee rõhu ja kaalu abil, mis langeb ülalt labadele.

Sõltuvalt vooluveekogu sügavusest ja sängist saab paigaldada erinevat tüüpi rattaid:

• Alaveega rattad – sobivad madalatele ja kiirevoolulistele jõgedele.
• Keskveega rattad – paigaldatakse looduslike kaskaadidega jõesängidesse nii, et vool tabab pöörleva trumli umbes keskosa.
• Valatavad (või ülemise löögiga) – paigaldatakse tammi, toru või loodusliku kärestiku alumisse ossa, et langev vesi jätkaks teed läbi ratta tipu.

Kuid tööpõhimõte on kõikidel variantidel sama: vesi jõuab labadele ja paneb ratta tööle, mis omakorda paneb pöörlema minielektrijaama generaatori.

Hüdroseadmete tootjad pakuvad valmis turbiine, mille labad on spetsiaalselt kohandatud teatud veevoolukiiruse jaoks. Kuid kodumeistrid valmistavad trummelkonstruktsioone vanaviisi – käepärastest materjalidest.

Järgnev fotovalik aitab tutvuda lihtsaima minihüdroelektrijaama ehitamise sammudega:

Võib-olla mõjutab optimeerimise puudumine kasuteguri näitajaid, kuid omatehtud seadme omahind on ostetud analoogist kordi odavam. Seetõttu on vesiratas kõige populaarsem variant oma minihüdroelektrijaama rajamiseks.

Tingimused hüdroelektrijaama paigaldamiseks

Vaatamata hüdrogeneraatori toodetud energia ahvatlevale odavusele, on oluline arvestada veeallika omadustega, mille ressursse kavatsete oma vajadusteks kasutada.

Sest kaugeltki mitte iga vooluveekogu ei sobi mini-hüdroelektrijaama käitamiseks, eriti mitte aastaringseks, seetõttu ei ole üleliigne omada reservis võimalust ühenduda tsentraliseeritud magistraaliga.

Mõned plussid ja miinused

Individuaalse hüdroelektrijaama peamised eelised on ilmsed: odav seadmed, mis toodavad odavat elektrit, ja lisaks ei kahjusta see loodust (erinevalt paisudest, mis tõkestavad jõe voolu). Kuigi süsteemi ei saa nimetada täiesti ohutuks – ikkagi võivad turbiini pöörlevad osad põhjustada vigastusi veealuse maailma elanikele ja isegi inimestele.

Õnnetuste vältimiseks tuleb hüdrojaam tarastada, ja kui süsteem on täielikult vee all peidus – paigaldada kaldale hoiatusmärk.

Mini-hüdroelektrijaama eelised:

1. Erinevalt teistest «tasuta» energiaallikatest (päikesepatareid, tuulegeneraatorid) võivad hüdrosüsteemid töötada sõltumata kellaajast ja ilmast. Ainus, mis võib neid segada – veekogu külmumine.
2. Hüdrogeneraatori paigaldamiseks ei ole tingimata vaja suurt jõge – samu vesirattaid saab edukalt kasutada isegi väikestes (kuid kiiretes!) ojades.
3. Seadmed ei eralda kahjulikke aineid, ei saasta vett ja töötavad praktiliselt hääletult.
4. Kuni 100 kW võimsusega mini-hüdroelektrijaama paigaldamiseks ei ole vaja vormistada lubadokumente (kuigi kõik sõltub kohalikest võimudest ja paigalduse tüübist).
5. Elektri ülejääki saab müüa naabermajadesse.

Mis puudutab puudusi – tõsiseks takistuseks seadmete produktiivsel kasutamisel võib olla ebapiisav voolutugevus. Sellisel juhul tuleb ehitada abirajatisi, mis toob kaasa lisakulutusi.

Kui lähedal asuva jõe potentsiaalenergiast ligikaudse arvutuse järgi ei piisa elektritootmiseks mahus, mis on piisav praktiliseks kasutamiseks, tasub pöörata tähelepanu tuulegeneraatorite ehitamise viisidele. Tuulegeneraator on tõhusaks täienduseks.

Veevoolu jõu mõõtmine

Esimene asi, mida tuleb teha, et mõelda jaama tüübile ja paigaldusviisile, – mõõta veevoolu kiirus valitud allikal.

Lihtsaim viis – lasta hoovusesse mistahes kerge ese (näiteks tennisepall, tükk vahtplasti või kalapüügi ujuk) ja mõõta stopperiga aeg, mille jooksul ta ujub mingi orientiirini. Standardne distants «ujumiseks» – 10 meetrit.

Kui veekogu asub kodust eemal, saab ehitada kõrvalekanali või torustiku, ja samal ajal hoolitseda ka kõrguse erinevuste eest.

Nüüd tuleb läbitud vahemaa meetrites jagada sekundite arvuga – see ongi voolukiirus. Kui saadud väärtus on väiksem kui 1 m/s, tuleb ehitada kunstlikud rajatised, et kiirendada voolu kõrguse languste abil.

Seda on võimalik teostada kokkupandava tammi või kitsa äravoolutoru abil. Kuid ilma hea vooluta tuleb hüdrojaama ideest loobuda.

HEJ valmistamine vesiratta baasil

Loomulikult on «põlve otsas» kokku panna ja püstitada koloss, mis on mõeldud ettevõtte või isegi kümmekonna majaga asula teenindamiseks – idee ulmemaailmast. Kuid oma kätega minihüdroelektrijaama ehitamine elektri säästmiseks on täiesti reaalne. Seejuures saab kasutada nii valmis komponente kui ka käepärast materjale.

Seetõttu vaatleme samm-sammult kõige lihtsama ehitise – vesiratta – valmistamist.

Vajalikud materjalid ja tööriistad

Omatehtud minihüdroelektrijaama valmistamiseks tuleb ette valmistada keevitusaparaat, lihvimismasin, puur ja abivahendite komplekt – haamer, kruvikeeraja, joonlaud.

Materjalidest läheb vaja:

• Nurgikud ja lehtmetall paksusega vähemalt 5 mm.
• PVC või tsingitud terasest torud labade valmistamiseks.
• Generaator (võib kasutada valmis ostetut või ise teha, nagu selles näites).
• Pidurduskettad.
• Võll ja laagrid.
• Vineer.
• Polüstüreenvaik rootori ja staatori valamiseks.
• Vasktraat 15 mm omatehtud generaatori jaoks.
• Neodüümmagnetid.

Arvestage, et ratta konstruktsioon puutub pidevalt kokku veega, seetõttu tuleb metall- ja puitelemendid valida niiskuskaitsega (või hoolitseda ise nende immutamise ja värvimise eest). Ideaalis võib vineeri asendada plastikuga, kuid puidust osi on lihtsam hankida ja neile soovitud kuju anda.

Ratta kokkupanek ja düüsi valmistamine

Ratta enda aluseks võivad olla kaks ühesuguse läbimõõduga terasketast (kui on võimalik hankida terastrumlit kaabli jaoks – suurepärane, see kiirendab kokkupanekut oluliselt).

Kui aga käepärastest materjalidest metalli ei leidu, võib ringid lõigata ka veekindlast vineerist, kuigi isegi töödeldud puidu tugevus ja kasutusiga ei saa võistelda terasega. Seejärel tuleb ühel kettal lõigata ümmargune ava generaatori paigaldamiseks.

Seejärel valmistatakse labad, mida läheb vaja vähemalt 16 tükki. Selleks lõigatakse tsingitud torud pikuti kaheks või neljaks osaks (olenevalt läbimõõdust). Seejärel tuleb lõikekohad ja labade pind lihvida, et vähendada energiakadusid hõõrdumisel.

Labad paigaldatakse umbes 40–45 kraadise kaldega – see aitab suurendada pindala, millele voolu jõud mõjub.

Kahe külgketta vaheline kaugus peaks olema võimalikult lähedane labade pikkusele. Tulevaste rummude asukoha märkimiseks soovitatakse teha vineerist mall, millele on märgitud iga detaili koht ja augud ratta kinnitamiseks generaatorile. Valmis märgistuse võib kinnitada ühe ketta välisküljele.

Seejärel paigaldatakse ringid üksteisega paralleelselt täiskeermega varraste abil, ja labad keevitatakse või kinnitatakse poltidega vajalikesse positsioonidesse. Trummel pöörleb laagritel, ja toena kasutatakse raami, mis on valmistatud nurkrauast või väikese läbimõõduga torudest.

Selles etapis võib trumli kokkupanekut lugeda lõpetatuks, jääb üle varustada see isetehtud generaatori ja düüsiga, mis suunab veevoolu.

Düüs on ette nähtud kaskaadtüüpi veeallikate jaoks – selline paigaldus võimaldab kasutada vooluenergiat maksimaalselt. See abielement valmistatakse lehtmetalli painutamise teel, millele järgneb õmbluste keevitamine, ja seejärel monteeritakse see toru otsa.

Kui aga teie piirkonnas voolab tasandikujõgi ilma kärestike ja muude kõrgustakistusteta, pole seda detaili vaja.

On oluline, et düüsi väljalaskeava laius vastaks ratta enda laiusele, vastasel juhul läheb osa voolust «tühikäigule», sattumata labadele.

Nüüd tuleb ratas teljele panna ja paigaldada toele, mis on valmistatud keevitatud või poltidega kokku kinnitatud nurkrauast. Jääb üle teha generaator (või paigaldada valmis) ja võib jõe äärde minna.

Generaator oma kätega

Isetehtud generaatori valmistamiseks tuleb teha mähis ja staatori valamine, milleks on vaja pooli, millest igaühel on 125 keerdu vasktraati. Pärast nende ühendamist valatakse kogu konstruktsioon polüestervaiguga.

Iga faas koosneb kolmest järjestikuselt kinnitatud mähisest, seega saab ühenduse teha tähe või kolmnurga kujul, millel on mitu väljaviiku.

Nüüd tuleb ette valmistada vineerist mall, mis mõõtmetelt ühtib pidurikettaga.

Puitrõngale tehakse märgistus ja lõiked magnetite paigaldamiseks (antud juhul kasutati neodüümmagneteid paksusega 1,3 cm, laiusega 2,5 cm ja pikkusega 5 cm). Seejärel valatakse saadud rootor samuti vaiguga ja pärast kuivamist ühendatakse ratta trumliga.

Vesiratas piduriketastest rootori ja vasktraadist mähistest generaatoriga – värvitud, esinduslik ja kasutusvalmis

Viimasena monteeritakse alumiiniumist kest koos ampermeetriga, mis katab alaldid. Nende elementide ülesanne on muundada kolmefaasiline vool alalisvooluks.

Pärast ratta paigaldamist väikese kärestiku või ärajuhtimistoruga oja voolu, võib oodata mini-HEJ tootlikkust 1,9A * 12V juures 110 pöördega minutis

Selleks, et ratast ei satuks lehed, liiv ja muu praht, mida vool toob, on soovitatav paigaldada seadme ette kaitsevõrk.

Samuti saab katsetada vahedega magnetite ja mähiste vahel, millel on suurem keerdude arv, et suurendada hüdrojaama kasutegurit.

Kõikidest alternatiivsetest energiaallikatest saate teada, tutvudes artikliga, mis on pühendatud “roheliste tehnoloogiate” igapäevaellu juurutamisele.

Järeldused ja kasulik video teemal

Video #1. Näide töötavast hüdroagregaadist isetehtud generaatoriga, mis põhineb kolmefaasilisel mootoril:

Video #2. Minihüdroelektrijaam, mis on konstrueeritud veeratta põhimõttel:

Video #3. Jalgrattarattal põhinev jaam – huvitav variant energiavarustuse probleemi lahendamiseks puhkusel tsivilisatsioonist eemal:

Nagu näete, pole veeminielektrijaama oma kätega ehitamine nii keeruline. Kuid kuna enamik arvutusi ja parameetreid selle komponentide jaoks määratakse "silma järgi", tuleb olla valmis võimalikeks riketeks ja kaasnevateks kuludeks.

Kui tunnete puudust teadmistest ja kogemustest selles valdkonnas, tasub usaldada spetsialiste, kes teevad kõik vajalikud arvutused, soovitavad teie juhtumi jaoks optimaalset seadet ja paigaldavad selle kvaliteetselt.

Palun kirjutage kommentaare allpool asuvasse blokki. Jagage huvitavaid teadmisi ja kasulikke soovitusi, jätke temaatilisi fotosid. Võib-olla soovite rääkida, kuidas ehitasite oma kätega töötava hüdroelektrijaama maamajja? Meil on hea meel lugeda teie lugu ehituse ja kasutuse protsessist.