Nhà máy thủy điện tự làm: cách xây dựng nhà máy thủy điện mini tự trị

Sức mạnh của dòng nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên có thể tái tạo cho phép bạn có được điện gần như miễn phí.Năng lượng do thiên nhiên ban tặng sẽ tạo cơ hội tiết kiệm chi phí tiện ích và giải quyết vấn đề sạc lại thiết bị.

Nếu có dòng suối, dòng sông chảy gần nhà bạn thì bạn nên tận dụng nó. Họ sẽ có thể cung cấp điện cho địa điểm và ngôi nhà. Và nếu bạn xây dựng một nhà máy thủy điện bằng chính đôi tay của mình, hiệu quả kinh tế sẽ tăng lên đáng kể.

Bài viết trình bày mô tả chi tiết các công nghệ sản xuất kết cấu thủy lực tư nhân. Chúng tôi đã nói về những gì cần thiết để thiết lập hệ thống và kết nối nó với người tiêu dùng. Tại đây, bạn sẽ tìm hiểu về tất cả các lựa chọn dành cho nhà cung cấp năng lượng thu nhỏ được lắp ráp từ vật liệu phế liệu.

Nhà máy thủy điện phục vụ mục đích phi công nghiệp

Nhà máy thủy điện là công trình có thể chuyển đổi năng lượng chuyển động của nước thành điện năng. Nhà cung cấp năng lượng xanh thay thế cho đến nay chúng chỉ được khai thác tích cực ở phương Tây. Ở nước ta, ngành công nghiệp đầy hứa hẹn này chỉ đang bước những bước đi rụt rè đầu tiên.

Các nhà máy thủy điện tư nhân nhỏ có thể là đập trên sông lớn, tạo ra công suất từ ​​​​10 đến vài trăm megawatt, hoặc nhà máy thủy điện mini có công suất tối đa 100 kW, khá đủ cho nhu cầu của một hộ gia đình riêng. Hãy cùng tìm hiểu thêm về cái sau.

Trạm Garland với vít thủy lực

Cấu trúc bao gồm một chuỗi cánh quạt được gắn vào một sợi cáp thép dẻo kéo dài qua sông. Bản thân dây cáp đóng vai trò là trục quay, một đầu được cố định trên ổ trục đỡ, đầu còn lại kích hoạt trục máy phát điện.

Mỗi rôto thủy lực của “vòng hoa” có khả năng tạo ra khoảng 2 kW năng lượng, tuy nhiên, tốc độ dòng nước phải ít nhất là 2,5 mét mỗi giây và độ sâu của hồ chứa không được vượt quá 1,5 m.

Nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện vòng hoa rất đơn giản: áp lực nước làm quay các trục vít thủy lực làm quay dây cáp và buộc máy phát điện tạo ra năng lượng.

Các trạm vòng hoa đã được sử dụng thành công vào giữa thế kỷ trước, nhưng vai trò của cánh quạt khi đó được đảm nhận bởi cánh quạt tự chế và thậm chí cả lon thiếc. Ngày nay, các nhà sản xuất cung cấp một số loại cánh quạt cho các điều kiện hoạt động khác nhau.

Chúng được trang bị các lưỡi dao có kích cỡ khác nhau, được làm bằng kim loại tấm và cho phép bạn đạt được hiệu quả tối đa khi vận hành trạm.

Nhưng mặc dù chế tạo máy hydro này khá đơn giản nhưng hoạt động của nó đòi hỏi một số điều kiện đặc biệt không phải lúc nào cũng khả thi trong đời thực. Những công trình kiến ​​​​trúc như vậy chặn lòng sông và khó có khả năng những người hàng xóm dọc bờ sông của bạn, chưa kể đến đại diện của các dịch vụ môi trường, sẽ cho phép bạn sử dụng năng lượng của dòng suối cho mục đích của mình.

Ngoài ra, vào mùa đông, việc lắp đặt chỉ có thể được sử dụng trên các hồ chứa không đóng băng và ở những nơi có khí hậu khắc nghiệt, nó có thể được bảo quản hoặc tháo dỡ. Vì vậy, các trạm vòng hoa được dựng lên tạm thời và chủ yếu ở những nơi vắng vẻ (ví dụ gần đồng cỏ mùa hè).

Các trạm quay có công suất từ ​​1 đến 15 kW/giờ tạo ra tới 9,3 MW mỗi tháng và cho phép bạn giải quyết độc lập vấn đề điện khí hóa ở những vùng xa đường cao tốc tập trung

Một phương pháp tương tự hiện đại của việc lắp đặt vòng hoa là các trạm khung chìm hoặc nổi có rôto ngang. Không giống như người tiền nhiệm vòng hoa, những cấu trúc này không chặn toàn bộ dòng sông mà chỉ sử dụng một phần lòng sông và chúng có thể được lắp đặt trên phao/bè hoặc thậm chí hạ xuống đáy hồ chứa.

Rôto Daria dọc

Rôto Darrieus là một thiết bị tuabin được đặt theo tên người phát minh ra nó vào năm 1931. Hệ thống này bao gồm một số cánh khí động học được cố định trên các chùm hướng tâm và hoạt động bằng áp suất chênh lệch sử dụng nguyên lý “cánh nâng”, được sử dụng rộng rãi trong đóng tàu và hàng không.

Mặc dù những thiết bị lắp đặt như vậy chủ yếu được sử dụng để tạo ra máy phát điện gió, nhưng chúng cũng có thể hoạt động với nước. Nhưng trong trường hợp này cần phải tính toán chính xác để chọn độ dày và chiều rộng của cánh quạt phù hợp với cường độ dòng nước.

Rôto Daria giống như một “cối xay gió”, chỉ được lắp đặt dưới nước và có thể hoạt động bất chấp sự biến động theo mùa của tốc độ dòng chảy

Cánh quạt dọc hiếm khi được sử dụng để tạo ra các nhà máy thủy điện địa phương. Mặc dù có các chỉ số hiệu suất tốt và thiết kế đơn giản rõ ràng nhưng thiết bị này khá phức tạp để vận hành.

Trước khi bắt đầu công việc, hệ thống cần được “quay”, nhưng chỉ có việc đóng băng hồ chứa mới có thể dừng trạm chạy. Vì vậy, rôto Darrieus được sử dụng chủ yếu trong các doanh nghiệp công nghiệp.

Một giải pháp thú vị trong lĩnh vực thiết kế nhà máy thủy điện nhỏ có tua bin vận hành thẳng đứng đã được nhà phát minh người Áo Franz Zotleterer đề xuất:

Một lợi thế đáng kể của các trạm xoáy nước được coi là khá đúng đắn là việc bảo tồn nguồn cá. Hoạt động của tuabin thẳng đứng không gây hại cho sinh vật sống của dòng sông. Ngoài ra, bùn không đọng lại trên tường của các công trình do chuyển động cụ thể của dòng nước.

Cánh quạt trục vít dưới nước

Trên thực tế, đây là cối xay gió không khí đơn giản nhất, chỉ có điều nó được lắp đặt dưới nước. Kích thước của các cánh quạt, để đảm bảo tốc độ quay tối đa và lực cản tối thiểu, được tính toán tùy thuộc vào lực của dòng chảy.Ví dụ: nếu tốc độ hiện tại không vượt quá 2 m/giây thì chiều rộng của lưỡi dao phải nằm trong khoảng 2-3 cm.

Một cánh quạt dưới nước rất dễ chế tạo bằng tay của bạn, nhưng nó chỉ phù hợp với những con sông sâu và chảy xiết - ở vùng nước nông, các lưỡi quay có thể gây thương tích cho ngư dân, người bơi lội, chim nước và động vật

Một cối xay gió như vậy được lắp đặt “theo hướng” dòng chảy, nhưng các cánh của nó hoạt động không phải do áp lực của nước mà do tạo ra lực nâng (theo nguyên lý cánh máy bay hoặc cánh quạt của tàu thủy).

Bánh xe nước có lưỡi

Bánh xe nước là một trong những phiên bản đơn giản nhất của động cơ thủy lực, được biết đến từ thời Đế chế La Mã. Hiệu quả hoạt động của nó phần lớn phụ thuộc vào loại nguồn mà nó được cài đặt.

Bánh rót chỉ có thể quay do tốc độ dòng chảy, còn bánh rót chỉ có thể quay khi có sự trợ giúp của áp suất và trọng lượng của nước rơi từ trên cao xuống các cánh quạt

Tùy thuộc vào độ sâu và lòng nguồn nước, có thể lắp đặt các loại bánh xe khác nhau:

• Nước xốt (hoặc đáy) – Thích hợp cho sông cạn có dòng chảy xiết.
• Tầm trung – được bố trí trong các kênh có dòng chảy tự nhiên sao cho dòng chảy rơi vào khoảng giữa trống quay.
• Chất lỏng (hoặc trên cao) – được lắp đặt dưới đập, đường ống hoặc dưới đáy thác tự nhiên để nước rơi tiếp tục chảy qua đỉnh bánh xe.

Nhưng nguyên lý hoạt động của tất cả các phương án đều giống nhau: nước rơi vào các cánh quạt và làm bánh xe quay, khiến máy phát điện cho trạm điện mini quay.

Các nhà sản xuất thiết bị thủy lực cung cấp các tuabin làm sẵn, các cánh quạt được điều chỉnh đặc biệt cho một tốc độ dòng nước nhất định.Nhưng những người thợ thủ công tại nhà lại chế tạo cấu trúc trống theo cách cổ điển - từ những vật liệu phế liệu.

Lựa chọn ảnh sau đây sẽ giúp bạn làm quen với các bước xây dựng phiên bản đơn giản nhất của nhà máy thủy điện mini:

Có lẽ việc thiếu tối ưu hóa sẽ ảnh hưởng đến các chỉ số hiệu quả, nhưng giá thành của thiết bị tự chế sẽ rẻ hơn nhiều lần so với thiết bị tương tự mua. Vì vậy, guồng nước là lựa chọn phổ biến nhất để tổ chức nhà máy thủy điện mini cho riêng mình.

Điều kiện lắp đặt nhà máy thủy điện

Bất chấp mức giá rẻ hấp dẫn của năng lượng do máy phát thủy điện tạo ra, điều quan trọng là phải tính đến các đặc điểm của nguồn nước mà bạn dự định sử dụng tài nguyên cho nhu cầu của mình.

Xét cho cùng, không phải nguồn nước nào cũng phù hợp cho hoạt động của một nhà máy thủy điện mini, đặc biệt là quanh năm, vì vậy sẽ không có hại gì khi có khả năng kết nối với đường dây chính tập trung.

Một vài ưu và nhược điểm

Ưu điểm chính của một nhà máy thủy điện riêng lẻ là rõ ràng: thiết bị rẻ tiền, tạo ra điện giá rẻ và cũng không gây hại cho thiên nhiên (không giống như các con đập chặn dòng chảy của sông). Mặc dù hệ thống không thể được gọi là an toàn tuyệt đối, nhưng các bộ phận quay của tuabin vẫn có thể gây thương tích cho cư dân trong thế giới dưới nước và thậm chí cả con người.

Để đề phòng tai nạn, trạm thủy điện phải có rào chắn, nếu hệ thống bị nước che khuất hoàn toàn thì phải lắp biển cảnh báo trên bờ.

Ưu điểm của nhà máy thủy điện mini:

1. Không giống như các nguồn năng lượng “miễn phí” khác (tấm năng lượng mặt trời, máy phát điện gió), hệ thống thủy lực có thể hoạt động bất kể thời gian trong ngày và thời tiết. Điều duy nhất có thể ngăn chặn chúng là đóng băng hồ chứa.
2. Để lắp đặt một máy phát điện hydro, không nhất thiết phải có một con sông lớn - những guồng nước tương tự có thể được sử dụng thành công ngay cả ở những dòng suối nhỏ (nhưng chảy nhanh!).
3. Các thiết bị không thải ra các chất độc hại, không gây ô nhiễm nước và hoạt động gần như im lặng.
4. Để lắp đặt một nhà máy thủy điện mini có công suất lên tới 100 kW, bạn không cần phải xin giấy phép (mặc dù mọi thứ còn phụ thuộc vào chính quyền địa phương và hình thức lắp đặt).
5. Lượng điện dư thừa có thể bán cho các nhà lân cận.

Về nhược điểm, cường độ dòng điện không đủ có thể trở thành trở ngại nghiêm trọng cho hoạt động sản xuất của thiết bị. Trong trường hợp này, cần phải xây dựng các công trình phụ trợ, điều này sẽ phát sinh thêm chi phí.

Nếu thế năng của một con sông gần đó, dựa trên tính toán gần đúng, không đủ để tạo ra điện với khối lượng đủ để sử dụng thực tế thì cần chú ý đến phương pháp xây dựng máy phát điện gió. Một cối xay gió sẽ phục vụ như một sự bổ sung hiệu quả.

Đo cường độ dòng nước

Điều đầu tiên bạn cần làm khi nghĩ đến loại và phương pháp lắp đặt trạm là đo tốc độ dòng nước tại nguồn yêu thích của bạn.

Cách dễ nhất là hạ bất kỳ vật nhẹ nào (ví dụ: một quả bóng tennis, một miếng nhựa xốp hoặc phao câu cá) xuống ghềnh và sử dụng đồng hồ bấm giờ để đo thời gian cần thiết để nó bơi được quãng đường đến một cột mốc nào đó. . Khoảng cách tiêu chuẩn cho “bơi” là 10 mét.

Nếu hồ chứa nằm xa nhà, bạn có thể xây dựng kênh dẫn nước hoặc đường ống dẫn nước, đồng thời quan tâm đến chênh lệch độ cao

Bây giờ bạn cần chia quãng đường di chuyển tính bằng mét cho số giây - đây sẽ là tốc độ của dòng điện.Nhưng nếu giá trị thu được nhỏ hơn 1 m/giây thì cần phải dựng lên các công trình nhân tạo để tăng tốc dòng chảy do thay đổi độ cao.

Điều này có thể được thực hiện với sự trợ giúp của một con đập đóng mở hoặc một ống thoát nước hẹp. Nhưng nếu không có dòng chảy tốt, ý tưởng xây dựng nhà máy thủy điện sẽ phải bỏ dở.

Sản xuất nhà máy thủy điện dựa trên bánh xe nước

Tất nhiên, việc lắp ráp và xây dựng một tòa nhà khổng lồ được thiết kế để phục vụ một doanh nghiệp hoặc khu định cư cho hàng chục ngôi nhà là một ý tưởng đến từ lĩnh vực khoa học viễn tưởng. Nhưng việc tự tay xây dựng một nhà máy thủy điện mini để tiết kiệm điện là hoàn toàn có thể. Hơn nữa, bạn có thể sử dụng cả các thành phần làm sẵn và vật liệu ngẫu hứng.

Vì vậy, chúng ta sẽ xem xét từng bước việc chế tạo cấu trúc đơn giản nhất - bánh xe nước.

Vật liệu và dụng cụ cần thiết

Để tự tay làm một trạm thủy điện mini, bạn cần chuẩn bị máy hàn, máy mài góc, máy khoan và một bộ dụng cụ phụ trợ - búa, tuốc nơ vít, thước kẻ.

Vật liệu bạn sẽ cần:

• Các góc và tấm kim loại có độ dày ít nhất 5 mm.
• Ống thép PVC hoặc mạ kẽm để làm lưỡi dao.
• Trình tạo (bạn có thể sử dụng trình tạo sẵn hoặc tự tạo, như trong ví dụ này).
• Đĩa phanh.
• Trục và vòng bi.
• Ván ép.
• Nhựa Polystyrene để đúc rôto và stato.
• Dây đồng 15 mm cho máy phát điện tự chế.
• Nam châm Neodymium.

Xin lưu ý rằng cấu trúc bánh xe sẽ liên tục tiếp xúc với nước, vì vậy các bộ phận bằng kim loại và gỗ phải được lựa chọn có khả năng bảo vệ khỏi độ ẩm (hoặc tự chăm sóc ngâm tẩm và sơn chúng). Lý tưởng nhất là có thể thay thế ván ép bằng nhựa, nhưng các bộ phận bằng gỗ sẽ dễ dàng lấy và tạo hình thành hình dạng mong muốn hơn.

Lắp ráp bánh xe và sản xuất vòi phun

Cơ sở của bánh xe có thể là hai đĩa thép có cùng đường kính (nếu có thể lấy trống thép từ cáp - thật tuyệt, điều này sẽ đẩy nhanh quá trình lắp ráp đáng kể).

Nhưng nếu không tìm thấy kim loại trong các vật liệu hiện có, bạn có thể cắt các vòng tròn từ ván ép chống thấm nước, mặc dù độ bền và tuổi thọ của gỗ đã qua xử lý không thể so sánh với thép. Sau đó, bạn cần khoét một lỗ tròn trên một trong các đĩa để lắp đặt máy phát điện.

Sau đó, các lưỡi dao sẽ được tạo ra và sẽ cần ít nhất 16 mảnh. Để làm điều này, ống mạ kẽm được cắt dọc thành hai hoặc bốn phần (tùy thuộc vào đường kính). Sau đó, các khu vực cắt và bề mặt của lưỡi dao phải được đánh bóng để giảm tổn thất năng lượng do ma sát.

Các lưỡi dao được lắp đặt ở một góc khoảng 40-45 độ - điều này sẽ giúp tăng diện tích bề mặt sẽ bị ảnh hưởng bởi lực dòng chảy

Khoảng cách giữa hai đĩa bên phải càng gần với chiều dài của lưỡi dao càng tốt. Để đánh dấu vị trí cho các trục trong tương lai, nên tạo một mẫu từ ván ép, mẫu này sẽ đánh dấu vị trí cho từng bộ phận và lỗ để cố định bánh xe vào máy phát điện. Các dấu đã hoàn thành có thể được gắn vào bên ngoài của một trong các đĩa.

Sau đó, các vòng tròn được lắp đặt song song với nhau bằng các thanh ren chắc chắn và các lưỡi dao được hàn hoặc bắt vít ở các vị trí mong muốn. Trống sẽ quay trên các ổ trục và một khung làm bằng các góc hoặc ống có đường kính nhỏ được sử dụng làm giá đỡ.

Ở giai đoạn này, việc lắp ráp trống có thể được coi là hoàn thành, tất cả những gì còn lại là trang bị cho nó một máy phát điện tự chế và một vòi điều khiển dòng nước

Vòi phun được thiết kế cho các nguồn nước dạng tầng - việc lắp đặt như vậy sẽ cho phép bạn sử dụng năng lượng dòng chảy ở mức tối đa. Bộ phận phụ trợ này được chế tạo bằng cách uốn tấm kim loại, sau đó hàn các đường nối và sau đó lắp vào đường ống.

Tuy nhiên, nếu khu vực của bạn có dòng sông bằng phẳng, không có thác ghềnh hoặc các chướng ngại vật có độ cao khác thì chi tiết này là không cần thiết.

Điều quan trọng là chiều rộng của đầu ra vòi phun phải tương ứng với chiều rộng của bánh xe, nếu không một phần dòng chảy sẽ “không hoạt động” và không đến được các cánh quạt

Bây giờ bánh xe cần được gắn trên trục và gắn trên một giá đỡ làm bằng các góc được hàn hoặc bắt vít. Tất cả những gì còn lại là tạo một máy phát điện (hoặc lắp đặt một máy phát điện làm sẵn) và bạn có thể ra sông.

máy phát điện tự làm

Để chế tạo một máy phát điện tự chế, bạn cần cuộn dây và lấp đầy stato, bạn sẽ cần các cuộn dây có 125 vòng dây đồng trên mỗi cuộn. Sau khi kết nối chúng, toàn bộ cấu trúc được lấp đầy bằng nhựa polyester.

Mỗi pha bao gồm ba xiên được gắn nối tiếp, do đó, kết nối có thể được thực hiện theo hình ngôi sao hoặc hình tam giác với một số dây dẫn bên ngoài

Bây giờ bạn cần chuẩn bị một mẫu ván ép có kích thước phù hợp với kích thước của đĩa phanh.

Các dấu hiệu được thực hiện trên vòng gỗ và các khe được tạo để lắp đặt nam châm (trong trường hợp này, nam châm neodymium dày 1,3 cm, rộng 2,5 cm và dài 5 cm đã được sử dụng). Sau đó, rôto thu được cũng được đổ đầy nhựa và sau khi sấy khô, nó được gắn vào trống bánh xe.

Bánh xe nước với rôto làm bằng đĩa phanh và máy phát điện làm từ cuộn dây đồng - được sơn, có thể trình bày và sẵn sàng sử dụng

Thứ cuối cùng cần lắp đặt là một vỏ nhôm có ampe kế che các bộ chỉnh lưu. Nhiệm vụ của các phần tử này là chuyển đổi dòng điện ba pha thành dòng điện một chiều.

Sau khi lắp đặt bánh xe theo dòng sông nhỏ có thác hoặc ống thoát nước, bạn có thể tin tưởng vào hiệu suất của trạm thủy điện mini 1.9A * 12V ở tốc độ 110 vòng / phút

Để ngăn lá, cát và các mảnh vụn khác theo dòng chảy lọt vào bánh xe, nên đặt lưới bảo vệ phía trước thiết bị.

Bạn cũng có thể thử nghiệm các khe hở giữa nam châm và cuộn dây với số vòng dây tăng lên để tăng hiệu quả của trạm thủy lực.

Về tất cả các loại nguồn năng lượng thay thế Bạn sẽ tìm ra câu trả lời khi đọc bài viết chuyên giới thiệu “công nghệ xanh” vào cuộc sống hàng ngày.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Video số 1. Một ví dụ về lắp đặt thủy lực làm việc với máy phát điện tự chế dựa trên động cơ ba pha:

Video số 2. Nhà máy thủy điện mini, thiết kế theo nguyên lý bánh xe nước:

Video số 3. Một nhà ga dựa trên bánh xe đạp là một lựa chọn thú vị để giải quyết vấn đề cung cấp năng lượng cho những kỳ nghỉ xa nền văn minh:

Như bạn có thể thấy, việc xây dựng một nhà máy điện mini bằng nước bằng chính đôi tay của mình không quá khó. Nhưng vì hầu hết các tính toán và thông số cho các thành phần của nó đều được xác định “bằng mắt”, nên bạn nên chuẩn bị cho những sự cố có thể xảy ra và chi phí liên quan.

Nếu bạn cảm thấy thiếu kiến ​​​​thức và kinh nghiệm trong lĩnh vực này, bạn nên tin tưởng các chuyên gia sẽ thực hiện tất cả các tính toán cần thiết, đề xuất thiết bị tối ưu cho trường hợp của bạn và cài đặt nó một cách hiệu quả.

Vui lòng viết bình luận vào khối bên dưới. Chia sẻ thông tin thú vị và khuyến nghị hữu ích, để lại những bức ảnh theo chủ đề.Có lẽ bạn muốn cho chúng tôi biết bạn đã xây dựng một nhà máy thủy điện đang hoạt động như thế nào trên một khu đất ngoại ô bằng chính đôi tay của mình? Chúng tôi sẽ rất vui khi đọc câu chuyện của bạn về quy trình và hoạt động của thiết bị.