Vandkraftværk gør-det-selv: sådan bygger du et autonomt mini-vandkraftværk

Vandstrømmens kraft er en vedvarende naturressource, der giver næsten gratis elektricitet. Den energi, naturen giver, sparer dig for forsyningsudgifter og løser problemet med at oplade udstyr.

Hvis der løber en bæk eller flod i nærheden af dit hus, bør du udnytte den. De kan forsyne grunden og huset med elektricitet. Og hvis du selv bygger et vandkraftværk, bliver den økonomiske gevinst mange gange større.

I denne artikel beskrives detaljeret teknologierne til fremstilling af private vandbygningsværker. Vi har fortalt, hvad du skal bruge for at opsætte systemet og tilslutte det til forbrugerne. Her kan du lære om alle varianter af miniatureenergileverandører bygget af genbrugsmaterialer.

Ikke-industrielle vandkraftværker

Vandkraftværker er konstruktioner, der kan omdanne vandbevægelsens energi til elektricitet. Alternative “grønne” elleverandører bliver stadig kun aktivt udnyttet i Vesten. I vores land tager denne lovende branche kun de første forsigtige skridt.

Små private vandkraftværker kan være dæmninger på store floder, der producerer fra ti til flere hundrede megawatt, eller mini-vandkraftværker med en maksimal effekt på 100 kW, hvilket er tilstrækkeligt til en privat bolig. Det er de sidstnævnte, vi vil lære mere om.

Kædeværk med vandskruer

Konstruktionen består af en kæde af rotorer fastgjort på en fleksibel stålwire, der er spændt på tværs af floden. Wireren fungerer som en roterende aksel, hvor den ene ende er fikseret på et støttelager, og den anden aktiverer generatorens aksel.

Hver hydrorotor i "girlanden" kan producere omkring 2 kW energi, dog skal vandstrømmens hastighed være mindst 2,5 meter pr. sekund, og vanddybden må ikke overstige 1,5 m.

Princippet for en girlandvandkraftstation er enkelt: vandtrykket får hydrosneglene til at rotere, som så drejer et kabel og får generatoren til at producere energi.

Girlandstationer blev med succes brugt allerede i midten af forrige århundrede, men dengang fungerede hjemmelavede propeller og endda konservesdåser som skruer. I dag tilbyder producenterne flere typer rotorer til forskellige driftsforhold.

De er udstyret med blade i forskellige størrelser, fremstillet af plademetal, og gør det muligt at opnå maksimal effektivitet fra stationens drift.

Men selvom denne vandgenerator er ret simpel at fremstille, kræver dens drift en række særlige forhold, der ikke altid er gennemførlige i virkeligheden. Sådanne konstruktioner spærrer flodens løb, og det er usandsynligt, at naboerne på bredden, for ikke at nævne repræsentanter fra miljømyndighederne, vil tillade, at du bruger strømmens energi til dine formål.

Desuden kan installationen om vinteren kun bruges på vandområder, der ikke fryser til, og i barske klimaforhold skal den konserveres eller demonteres. Derfor opføres girlandstationer midlertidigt og primært i øde områder (f.eks. nær sommergræsgange).

Rotorturbiner med en effekt på 1 til 15 kW/time producerer op til 9,3 MW om måneden og gør det muligt selv at løse problemet med elektrificering i regioner, der ligger fjernt fra centrale forsyningsnet.

Den moderne analog til girlandinstallationen er nedsænkede eller flydende rammestationer med tværgående rotorer. I modsætning til deres girland-forgænger spærrer disse konstruktioner ikke hele floden, men udnytter kun en del af flodlejet, og de kan installeres på en ponton/flåde eller helt sænkes til bunds af vandet.

Vertikal Darrieus-rotor

Darrieus-rotoren er en turbinenhed, der er opkaldt efter sin opfinder i 1931. Systemet består af flere aerodynamiske blade, der er fastgjort på radiale bjælker, og fungerer ved hjælp af trykforskel efter princippet om et 'løftevinge', som i vid udstrækning anvendes i skibsbygning og luftfart.

Selvom sådanne installationer oftest bruges til at skabe vindgeneratorer, kan de også fungere med vand. Men i dette tilfælde kræves der præcise beregninger for at vælge bladenes tykkelse og bredde i overensstemmelse med vandstrømmens styrke.

Darrieus-rotoren minder om en 'vindmølle', bare installeret under vand, og den kan fungere uafhængigt af sæsonbestemte variationer i strømhastighed.

Til lokale vandkraftværker bruges vertikale rotorer sjældent. På trods af gode effektivitetsindikatorer og den tilsyneladende enkle konstruktion er udstyret ret kompliceret at betjene.

Før arbejdet skal systemet 'spindes op', men til gengæld kan kun frysning af vandområdet stoppe en station, der er startet. Derfor bruges Darrieus-rotoren primært i industrielle virksomheder.

En interessant løsning inden for design af små vandkraftværker med en vertikalt arbejdende turbine blev foreslået af den østrigske opfinder Franz Zotløterer:

En tungtvejende fordel ved malstrømsstationer anses med fuld ret for at være bevarelsen af fiskeressourcer. Den vertikale turbines arbejde skader ikke flodens levende organismer. Derudover tilbageholdes der ikke slam på konstruktionernes vægge på grund af vandstrømmens specifikke bevægelse.

Undervandspropel med skrue

I bund og grund er det den enkleste luftvindmølle, men den installeres under vandet. Bladenes størrelse beregnes ud fra strømningshastigheden for at opnå maksimal rotationshastighed og minimal modstand. For hvis strømningshastigheden ikke overstiger 2 m/s, skal bladbredden være inden for 2-3 cm.

En undervandspropel er ikke svær at lave selv, men den er kun egnet til dybe og hurtige floder – i en lavvandet sø kan de roterende blade forårsage skader på lystfiskere, badende, vandfugle og dyr.

En sådan vindmølle installeres 'mod' strømmen, men dens blade arbejder ikke på grund af vandtrykket, men på grund af opståen af løftekraft (efter princippet om en flyvinge eller et skibspropel).

Vandhjul med skovle

Vandhjulet er en af de simpleste varianter af hydrauliske motorer, kendt siden Romerriget. Dens effektivitet afhænger i høj grad af typen af vandkilden, den er installeret på.

Et underfaldshjul kan rotere kun på grund af strømningshastigheden, mens et overfaldshjul roterer ved hjælp af vandets tryk og vægt, der falder ovenfra på skovlene.

Afhængigt af vandløbets dybde og leje kan man installere forskellige typer hjul:

• Underfaldshjul (eller nedre angreb) – velegnet til lavvandede floder med hurtig strøm.
• Mellemfaldshjul – placeres i løb med naturlige kaskader, så strømmen rammer omtrent midten af den roterende tromle.
• Overfalds- (eller topvandshjul) – monteres under en dæmning, et rør eller i den nederste del af en naturlig strygning, så det faldende vand fortsætter sin vej gennem hjulets top.

Men princippet bag alle varianter er det samme: vandet rammer skovlene og sætter hjulet i gang, som får generatoren til mini-vandkraftværket til at rotere.

Producenter af vandkraftudstyr tilbyder færdige turbiner, hvis skovle er specielt tilpasset en bestemt vandstrømhastighed. Men gør-det-selv-folk fremstiller tromlekonstruktioner på gammeldags vis – af tilgængelige materialer.

Følgende fotogalleri hjælper dig med at lære trinene til at bygge den enkleste version af et mini-vandkraftværk:

Manglende optimering kan muligvis påvirke effektiviteten, men omkostningerne ved det hjemmelavede udstyr er mange gange billigere end et købt alternativ. Derfor er vandhjulet den mest populære løsning til at etablere sit eget mini-vandkraftværk.

Betingelser for installation af et vandkraftværk

På trods af den lokkende billige energi fra vandgeneratoren er det vigtigt at tage højde for vandkildens særlige forhold, hvis ressourcer du planlægger at bruge til dine egne behov.

For ikke alle vandløb er egnede til drift af et mini-vandkraftværk, især året rundt, så det skader ikke at have en reserveforbindelse til det centrale elnet.

Nogle fordele og ulemper

De største fordele ved et individuelt vandkraftværk er indlysende: billigt udstyr, der producerer billig elektricitet, og det skader ikke naturen (i modsætning til dæmninger, der blokerer flodens strøm). Dog kan systemet ikke kaldes helt sikkert – de roterende turbineblade kan skade undervandsdyr og endda mennesker.

For at forhindre ulykker skal vandkraftværket afspærres, og hvis systemet er helt skjult under vand, skal der sættes et advarselsskilt op på bredden.

Fordele ved mini-vandkraftværk:

1. I modsætning til andre 'gratis' energikilder (solpaneler, vindmøller) kan vandkraftsystemer fungere uafhængigt af tidspunkt på dagen og vejr. Det eneste, der kan forhindre dem, er at vandet fryser.
2. For at installere en hydrogenerator behøver du ikke en stor flod – de samme vandhjul kan med succes bruges selv i små (men hurtige!) vandløb.
3. Anlæggene udleder ikke skadelige stoffer, forurener ikke vandet og arbejder næsten lydløst.
4. For at installere et mini-vandkraftværk med en kapacitet på op til 100 kW kræves der ikke tilladelsesdokumenter (selvom det afhænger af lokale myndigheder og installationstypen).
5. Overskydende elektricitet kan sælges til nabohuse.

Hvad angår ulemper – utilstrækkelig strømstyrke kan være en alvorlig hindring for produktiv drift af udstyret. I så fald skal der opføres hjælpestrukturer, hvilket medfører ekstra omkostninger.

Hvis den potentielle energi fra den nærliggende flod efter en grov beregning ikke er nok til at producere tilstrækkelig elektricitet til praktisk brug, bør man overveje metoder til at bygge vindmøller. En vindmølle vil være et effektivt supplement.

Måling af vandstrømmens kraft

Det første, man skal gøre for at overveje typen og monteringsmetoden af stationen, er at måle vandstrømmens hastighed ved den valgte kilde.

Den enkleste metode er at smide en let genstand (f.eks. en tennisbold, et stykke flamingo eller en fiskeflåd) ud i strømmen og måle med et stopur, hvor lang tid den bruger på at tilbagelægge en afstand til et vartegn. Standardafstanden for 'svømmeturen' – 10 meter.

Hvis vandet er langt fra huset, kan man bygge en afledningskanal eller en rørledning og samtidig sørge for højdeforskelle.

Nu skal du dividere den tilbagelagte afstand i meter med antallet af sekunder – det er strømhastigheden. Men hvis den opnåede værdi er mindre end 1 m/s, skal der opføres kunstige konstruktioner for at øge strømmen med højdeforskelle.

Det er realistisk muligt med en skillbar dæmning eller et smalt afløbsrør. Men uden en god strøm må du opgive idéen om et vandkraftværk.

Fremstilling af et vandkraftværk baseret på et vandhjul

Det er selvfølgelig en fantasi at samle 'på knæ' og opføre en kæmpe maskine til at betjene en virksomhed eller en bebyggelse på selv et dusin huse. Men at bygge et minivandkraftværk med egne hænder for at spare strøm er ganske realistisk. Desuden kan du bruge både færdige komponenter og let tilgængelige materialer.

Derfor vil vi trin for trin se på fremstillingen af den enkleste konstruktion – et vandhjul.

Nødvendige materialer og værktøj

For at lave et minivandkraftværk med egne hænder skal du forberede en svejsemaskine, en vinkelsliber, en boremaskine og et sæt hjælpeværktøj – en hammer, en skruetrækker, en lineal.

Af materialer vil du få brug for:

• Vinkeljern og plademetal med en tykkelse på mindst 5 mm.
• Rør af PVC eller galvaniseret stål til fremstilling af blade.
• Generator (du kan bruge en færdigkøbt eller lave den selv, som i dette eksempel).
• Bremseskiver.
• Aksel og lejer.
• Krydsfiner.
• Polystyrenharpiks til støbning af rotor og stator.
• Kobbertråd på 15 mm til den hjemmelavede generator.
• Neodymmagneter.

Bemærk, at hjulets konstruktion konstant vil være i kontakt med vand, så metal- og træelementer skal vælges med fugtbeskyttelse (eller du skal sørge for imprægnering og maling selv). Ideelt set kan krydsfiner erstattes med plast, men trædele er nemmere at skaffe og forme efter behov.

Samling af hjulet og fremstilling af dyse

Grundlaget for selve hjulet kan være to stålskiver med samme diameter (hvis du kan få fat i en ståltromle fra et kabel – perfekt, det vil fremskynde samlingsprocessen meget).

Men hvis der ikke er metal i de tilgængelige materialer, kan du skære cirkler ud af vandtæt krydsfiner, selvom styrken og levetiden selv for behandlet træ ikke kan sammenlignes med stål. Derefter skal der skæres et rundt hul i den ene skive til montering af generatoren.

Derefter fremstilles bladene, og der skal bruges mindst 16 stk. For at gøre dette skæres galvaniserede rør på langs i to eller fire dele (afhængigt af diameter). Derefter skal skærekanterne og selve bladene slibes for at reducere energitab på grund af friktion.

Bladene installeres i en vinkel på omkring 40-45 grader – det vil hjælpe med at øge overfladearealet, som strømmens kraft vil påvirke.

Afstanden mellem de to sidediske skal være så tæt på bladenes længde som muligt. For at markere placeringen af de fremtidige nav anbefales det at lave en skabelon af krydsfiner, hvor stedet for hver del og hullerne til fastgørelse af hjulet til generatoren er markeret. Den færdige markering kan fastgøres på ydersiden af en af skiverne.

Derefter monteres cirklerne parallelt med hinanden ved hjælp af gevindstænger, og bladene svejses eller boltes på plads. Tromlen roterer på lejer, og en ramme af vinkeljern eller rør med lille diameter anvendes som støtte.

På dette tidspunkt kan samlingen af tromlen betragtes som færdig; der mangler kun at udstyre den med en hjemmelavet generator og en dyse, der leder vandstrømmen.

Dysen er beregnet til vandkilder af kaskadetype – en sådan installation gør det muligt at udnytte strømningsenergien maksimalt. Dette hjælpeelement fremstilles ved at bøje plademetal efterfulgt af svejsning af samlingerne, og derefter monteres det på et rør.

Men hvis der i dit område løber en flod uden strømfald eller andre højdehindringer, er denne del ikke nødvendig.

Det er vigtigt, at dysens udløbsbredde svarer til hjulets bredde, ellers vil en del af strømmen gå tomgang, uden at ramme bladene.

Nu skal hjulet monteres på akslen og placeres på en støtte af svejsede eller boltsammen vinkeljern. Det mangler kun at lave en generator (eller installere en færdig), og så kan du tage af sted til åen.

Byg din egen generator

Til fremstilling af en hjemmelavet generator skal du lave viklingen og statorens støbning, hvilket kræver spoler med 125 vindinger af kobbertråd hver. Efter at de er forbundet, bliver hele konstruktionen støbt i polyesterharpiks.

Hver fase består af tre sekventielt forbundne spoler, så forbindelsen kan laves i stjerne- eller trekantkonfiguration med flere udvendige udtag.

Nu skal du forberede en krydsfinérskabelon, der passer i størrelse med bremseskiven.

På træringen laves markeringer, og der skæres slidser til montering af magneter (i dette tilfælde blev der brugt neodymmagneter med en tykkelse på 1,3 cm, en bredde på 2,5 cm og en længde på 5 cm). Derefter bliver den resulterende rotor også støbt i harpiks, og efter tørring – fastgøres den til hjulets tromle.

Vandhjul med rotor af bremseskiver og generator af kobbertrådsspoler – malet, præsentabelt og klar til drift.

Til sidst monteres et aluminiumshus med et amperemeter, der dækker ensretterne. Disse elementers opgave er at omforme trefaset vekselstrøm til jævnstrøm.

Efter installation af hjulet i strømmen fra en lille å med kaskade eller afledningsrør, kan du forvente en ydelse fra mini-vandkraftværket på 1,9 A * 12 V ved 110 omdrejninger pr. minut.

For at forhindre blade, sand og andet affald, der føres med strømmen, i at komme ind i hjulet, er det tilrådeligt at placere et beskyttelsesnet foran enheden.

Man kan også eksperimentere med mellemrummene mellem magneter og spoler med et øget antal vindinger for at forbedre vandkraftværkets effektivitet.

Om alle typer alternative energikilder får du at vide ved at læse artiklen om indførelsen af “grønne teknologier” i hverdagen.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Video #1. Eksempel på en fungerende vandkraftinstallation med en hjemmelavet generator baseret på en trefaset motor:

Video #2. Mini-vandkraftværk, konstrueret efter princippet om et vandhjul:

Video #3. Station baseret på et cykelhjul – en interessant løsning på energiforsyningsproblemet under ferie langt fra civilisationen:

Som du kan se, er det ikke så svært at bygge et mini-vandkraftværk selv. Men da de fleste beregninger og parametre for komponenterne bestemmes "på øjemål", skal du være forberedt på mulige nedbrud og medfølgende omkostninger.

Hvis du føler mangel på viden og erfaring på dette område, bør du stole på specialister, der vil udføre alle nødvendige beregninger, anbefale det optimale udstyr til din situation og installere det kvalitetsmæssigt.

Skriv venligst kommentarer i blokken nedenfor. Del interessante oplysninger og nyttige anbefalinger, efterlad tematiske billeder. Måske vil du fortælle, hvordan du har bygget et fungerende vandkraftværk på din landejendom med egne hænder? Vi vil glæde os til at læse din beretning om bygge- og driftsprocessen.